プログラム可能化学への新たな一歩、副作用低減に期待(New Step Toward Programmable Chemistry May Help Reduce Drug Side Effects)

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2026-06-03 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

米国カリフォルニア大学サンディエゴ校(UC San Diego)の研究チームは、化学反応をプログラム可能な形で制御する新たな技術を開発した。研究では、DNAナノテクノロジーを利用して分子同士の相互作用を精密に設計し、あらかじめ設定した手順に従って化学反応を進行させる仕組みを実証した。従来の化学合成は反応条件や分子特性に大きく依存していたが、本手法では情報処理の概念を化学システムに導入し、反応経路や生成物の形成をより柔軟かつ予測可能に制御できる。研究成果は、分子レベルでのプログラミングによって複雑な化学反応ネットワークを構築できる可能性を示しており、将来的には新規材料開発、スマートドラッグデリバリー、生体分子工学、人工細胞システムなど幅広い分野への応用が期待される。今回の成果は、コンピュータプログラムのように化学反応を設計・実行する「プログラマブルケミストリー」の実現に向けた重要な一歩と位置付けられている。

プログラム可能化学への新たな一歩、副作用低減に期待(New Step Toward Programmable Chemistry May Help Reduce Drug Side Effects)
TRACE allows chemistry to occur only in selected cells. Enzyme-activated tetrazine cages enable targeted cell death (left) and targeted fluorescent labeling (right). (cr: Devaraj lab / UC San Diego)

<関連情報>

酵素活性化ケージドテトラジンを用いた細胞型特異的な生体直交化学の実現 Achieving cell-type-specific bioorthogonal chemistry using enzyme-activated caged tetrazines

Caroline H. Knittel,Stormi R. Chadwick,Jacob A. Vance,Cedrik Kuehling & Neal K. Devaraj
Nature Chemical biology  Published:03 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41589-026-02240-y

Abstract

Bioorthogonal reactions have revolutionized molecular biology through the conjugation of molecules within cellular environments. However, classical bioorthogonal reagents often suffer from nonspecific reactivity across diverse physiological contexts, diminishing their precision. This limitation presents considerable challenges in complex biological systems where multiple cell types coexist. Here we demonstrate tetrazine release and activation by cellular enzymes (TRACE), a method enabling cell-type-specific bioorthogonal chemistry. TRACE uses caged dihydrotetrazine derivatives, which remain inert until activated by specific cellular enzymes. Optimizing the electronic properties of the dihydrotetrazine scaffold enables rapid uncaging and activation of tetrazines within minutes. We demonstrate the utility of TRACE for the targeted release of cytotoxic drugs, selectively impacting the viability of enzyme-expressing cells in cocultures. Additionally, our method facilitates the delivery of imaging agents to subcellular structures in an enzyme-activity-dependent manner. TRACE represents a promising approach for programmable bioorthogonal chemistry in therapeutic and imaging applications.

生物化学工学
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