がん細胞内の「現地」で光るポリマーを化学合成~がんの診断を改革する生体内合成化学技術~

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2025-12-12 理化学研究所,東京科学大学

理化学研究所と東京科学大学などの共同研究グループは、がん細胞内で過剰に産生される代謝物アクロレインを利用し、がん細胞内でのみ自発的に合成され光るポリマー技術を開発した。設計した原料モノマーは触媒や外部刺激を必要とせず、がん細胞内のアクロレインを起点に二量化カスケード反応を起こし、8員環構造を持つ高分子を形成する。さらに凝集誘起発光(AIE)特性を持つ蛍光基を組み込むことで、ポリマー生成と同時に蛍光が発現し、がん細胞のみをリアルタイムで可視化できた。本手法は培養細胞だけでなく乳がん患者由来の臨床組織にも適用でき、蛍光の有無だけで迅速にがん組織を識別できることを実証した。生体内の代謝環境を活用した初の細胞内ポリマー化法として、がん診断や手術支援、将来的な診断・治療融合技術への展開が期待される。

がん細胞内の「現地」で光るポリマーを化学合成~がんの診断を改革する生体内合成化学技術~
アクロレイン代謝物を利用した細胞内ポリマー化技術の概念図

<関連情報>

アクロレイン誘導環化二量化カスケードによる癌選択的細胞内重合 Cancer-Selective Intracellular Polymerization via Acrolein-Driven Cyclodimerization Cascade

Shinji Kawaguchi, Dr. Ambara R. Pradipta, Dr. Tomohiro Kubo, Dr. Akihiro Ishiwata, Takuma Sekiguchi, Dr. Hiromasa Yoshioka, Takaaki Hatano, Prof. Koji Morimoto, Dr. Tomonori Tanei …
Angewandte Chemie International Edition  Published: 04 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202518290

Abstract

The intracellular polymerization of synthetic macromolecules presents a unique method for modifying cell behavior, enabling real-time imaging, and enhancing therapeutic effectiveness. However, most current strategies rely on external catalysts or non-physiological triggers, often lacking target-cell specificity. Here, we report a cancer-selective intracellular cyclodimerization cascade polymerization driven solely by endogenous acrolein, an oncometabolite overproduced in malignant cells. Acrolein plays dual roles as a polymerization initiator through imine formation and as a structural component of the resulting polymer. We designed a meta-phenylene-bis(2-aminoethanol) monomer that incorporates an aggregation-induced emission (AIE)-active tetraphenylethylene unit. In acrolein-rich cancer cells, condensation between the aminoethanol groups and acrolein generates imines, which then undergo a spontaneous, catalyst-free cyclodimerization cascade, yielding eight-membered 1,5-diazacyclooctane polymers that embed native acrolein. This polymerization triggers robust AIE fluorescence “turn-on”, facilitating high-contrast imaging of malignant cells with minimal background in healthy cells. We demonstrated selective fluorescence in multiple cancer cell lines and applied this platform to freshly resected human breast tumor samples, showing its utility for rapid intraoperative assessment. This strategy establishes a versatile toolkit for precision diagnostics, engineered intracellular materials, and next-generation therapeutics.

生物工学一般
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