がんで天然物の活性構造をつくる~双性イオン薬剤の細胞通過性と副作用の懸案を一挙解決~

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2026-01-08 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の研究チームは、細胞膜を通りにくく副作用懸念も大きい「双性イオン」を持つ天然物誘導体を、がん細胞内で選択的に“現地合成”して抗がん活性を発揮させる手法を開発した。がん細胞で高濃度に生成される代謝物アクロレインを反応剤として利用し、非イオン性で細胞透過性の高い前駆体を導入後、脱保護、分子内アザ電子環状反応、酸化・加水分解などを含む連続7段階反応を細胞内で一挙に進行させ、双性イオン活性体を生成した。生成物はがん細胞内で抗がん活性を示す一方、合成済み双性イオンを外から投与しても取り込まれず活性が低く、正常細胞ではアクロレインが少ないため生成せず毒性も示さなかった。細胞通過性と選択性という難点を同時に解決する「生体内合成化学治療」として展開が期待される。

がんで天然物の活性構造をつくる~双性イオン薬剤の細胞通過性と副作用の懸案を一挙解決~
概要図 抗がん活性を持つ双性イオンのがんでの「現地合成」

<関連情報>

Iがん特異的アクロレインを誘導する抗腫瘍性両性イオン複素環のIn Cellulo多段階合成 n Cellulo Multistep Synthesis of Antitumor Zwitterionic Heterocycles Triggered by Cancer-Specific Acrolein

Kazuki Terashima, Asst. Prof. Ambara R. Pradipta, Dr. Akihiro Ishiwata, Prof. Katsunori Tanaka
Angewandte Chemie International Edition  Published: 26 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202525535

Abstract

Zwitterionic heterocycles hold significant therapeutic potential; however, their application is often hindered by poor membrane permeability and limited target-cell selectivity. Here, we report an innovative strategy for the in situ synthesis of these compounds within cancer cells, using a rationally designed precursor that is nontoxic, non-ionic, and membrane permeable. The synthesis is initiated by endogenous acrolein, an oncometabolite elevated in cancer cells, which triggers a cascade involving 1,3-dipolar cycloaddition, diazo formation, carbamate cleavage, imine formation, intramolecular 6π-azaelectrocyclization, oxidative aromatization, and ester hydrolysis. We validated this methodology in human lung adenocarcinoma (A549) cells, where the in situ-synthesized zwitterionic heterocycle exhibited anticancer activity. Conversely, its pre-synthesized congener showed minimal cytotoxicity, underscoring the poor membrane permeability of the zwitterionic form. Precursor optimization resulted in a lead compound that, upon administration to A549 cells, converted into a cytotoxic zwitterionic heterocycle with a half-maximal inhibitory concentration (IC50) of 6.2 µM. The lead precursor showed exceptional selectivity, with no cytotoxicity in normal human diploid (TIG3) cells. This selectivity arises because healthy cells contain low acrolein levels, insufficient to trigger the activation cascade. Our approach effectively addresses the key therapeutic challenges associated with zwitterionic heterocycles.

有機化学・薬学
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