蛍光キラル

2023 年 3 月 2 日

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上智大学による

単に糖尿病とも呼ばれる糖尿病は、血中の異常に高い濃度のグルコースの存在を特徴とする代謝疾患です。 糖尿病を診断するための既存の方法は、血清サンプル中のグルコースを検出する従来の技術に依存していますが、このプロセスは通常、面倒で費用がかかります。

分子認識は、結合特性を利用して特定の化合物を正確に検出する科学です。 ここで、センサーの一種である受容体分子は、標的分子に選択的に結合します。 このプロセスにより、蛍光の変化などの何らかの反応が引き起こされます。 その結果、ターゲットが検出されます。 化学センサー、特殊ポリマー、および一部の触媒技術は、この原理に基づいて機能します。

数十年にわたる分子認識の進歩にもかかわらず、キラル（または非対称）分子を検出するための受容体の開発は依然として課題です。 キラリティーにより、同じ分子の重ね合わせることができない「鏡像」である鏡像異性対が形成されます。 それらは同一の物理的および化学的特性を持っていますが、異なる生物学的機能を持っています。 構造が似ているため、互いに区別するのが困難です。 したがって、研究者はそれらを区別するために高速液体クロマトグラフィーなどの複雑で高価な技術を採用する必要があります。

この観点から、上智大学物質生命科学科の林下隆教授と鈴木陽太博士を含む研究者グループは、キラルな単糖であるD-グルコースを検出するためのまったく新しい蛍光認識法を設計しました。水。 彼らの成果は、2022 年 12 月 20 日にオンラインで公開され、2023 年 1 月 27 日に ACS Sensors に掲載されました。

林田博士は研究の背景にある動機について次のように述べています。「D-グルコース化学センサーを設計するためのほとんどのアプローチは複雑な合成を必要とし、多くの場合水への溶解度が低く、選択性が低い場合があります。そのため、新しい検出メカニズムが開発されました。」

研究者らは、水性環境において疎水性化合物を自発的にカプセル化するための疎水性微環境を提供する空洞を有するγ-シクロデキストリン（γ-CyD）からなる複合体を開発した。 その後、彼らは 2 種類の単純な疎水性蛍光モノボロン酸ベースの受容体、3-フルオロフェニルボロン酸ベースの受容体 (1F) とピリジルボロン酸ベースの受容体 (2N) を容易に合成しました。 彼らは、いずれかの受容体の2分子をγ-CyDに結合させた。

得られた包接複合体 (1F/γ-CyD または 2N/γ-CyD) は、水中の D-グルコースをその 2 つの部位で選択的に認識する擬似ジボロン酸部分を形成しました。 これにより、溶液の蛍光が強く増強されました。 対照的に、血液中に含まれる代表的な糖類であるD-フルクトース、D-ガラクトース、D-マンノースを含む他の9糖類については、弱い蛍光しか観察されませんでした。 1F/γ-CyD および 2N/γ-CyD は、鏡像異性体 L-グルコースと比較して、D-グルコースの蛍光をそれぞれ 2.0 倍および 6.3 倍増加させました。

「私たちの知る限り、2N/γ-CyD は、報告されている他の蛍光ジボロン酸分子ベースの受容体の中で最も高い D/L 選択性を持っています」と鈴木博士は言います。

研究者らは、誘導円二色性スペクトルと核磁気共鳴研究を通じてこの現象をさらに調査しました。 彼らは、D-グルコース分子が2つのモノボロン酸分子を架橋していることを発見した。 複雑な構造を強化し、蛍光を増強します。 非グルコース糖の場合、2 つの異なる分子が擬似ジボロン酸部分の 2 つの部位に結合します。 その結果、蛍光は弱いままになります。