Singlet Oxygen-Mediated Photodelivery of Neurotransmitters

Abstract

In this study, we have developed photodonors of neurotransmitters which cage neurotransmitters in singlet oxygen responsive unit and exploited photosensitizers for the generation of singlet oxygen. In part I, fundamental mechanism underlying the photogeneration strategy of our photodonors was discussed. Unique electronic configuration of dioxygen which is singlet in its excited state was explained and representative examples of singlet oxygen reactions were introduced. Furan which undergoes [4+2] cycloaddition reaction well, one of the representative reaction of singlet oxygen was used as a scaffold for our photodonors. There are diverse methods for generating singlet oxygen such as biological, chemical and photochemical methods. In our research, we utilized singlet oxygen photosensitizers. Lastly, application of singlet oxygen was briefly dealt with. In part II, we demonstrated successful visible light-driven photogeneration of hydrogen sulfide and its applicability in biological milieu. Photodonor of hydrogen sulfide was based on isobenzothiophene unit to enable [4+2] cycloaddition reaction with singlet oxygen. We used iridium complex and platinum octaethylporphine as singlet oxygen photosensitizers. which absorb visible light to reduce phototoxicity. Finally, we demonstrated intracellular delivery of hydrogen sulfide and cytoprotective action of photogenerated hydrogen sulfide. In part III, we made use of the same photodelivery strategy in part II to delivery various amino neurotransmitters. As far as we know, we have developed for the first time photodonors of phenethylamine and B-methylphenethylamine. We confirmed the photodelivery of phenethylamine in aqueous environment by encapsulating photodonor in liposome. ;본 연구에선 광촉매를 이용해 일중항 산소를 생성하고, 일중항 산소와 반응성이 좋은 구조에 신경 전달 물질을 도입해 광반응성 신경 전달 물질을 개발했다. 1장에서는 광반응성 신경 전달 물질의 작동 원리를 설명할 수 있는 근본적인 원리를 다뤘다. 일반적인 유기 물질과 달리 들뜬 상태에서 일중항 전자 배치를 가지는 산소의 전자 배치적 특성을 먼저 설명하고, 일중항 산소의 대표적인 산화 반응을 다뤘다. 대표적인 산화 반응 중 하나인 [4 + 2] 고리화 첨가 반응이 잘 일어나는 5개의 탄소로 이루어진 복소 고리식 구조를 본 연구에서 개발한 물질의 토대로 삼았다. 일중항 산소의 생성 방법으론 생물학적, 화학적 그리고 광촉매에 의한 다양한 경로가 존재한다. 본 연구에선 광촉매를 통해 일중항 산소를 생성했다. 그 다음으론, 대표적인 일중항 산소 응용을 다뤘다.. 2장에서는 가시광선 빛에 의해 황화수소를 내는 광반응성 물질 시스템이 성공적으로 작동하며 생체에도 적용 가능함을 보여줬다. 광반응성 물질은 아이조 벤조 티오펜을 기반으로, 일중항 산소와 [4 + 2] 고리화 첨가 반응이 일어나게 설계했다. 광촉매로는 가시광선 빛을 흡수하는 이리듐 금속체와 플래티넘 포르핀 구조물을 이용하여 광반응 물질의 위해성을 낮췄다. 마지막으로, 세포 내에서 광반응성 물질이 작동함에 따라 세포 내 활성화 산소를 억제시킨다는 사실을 확인했다. 이를 통해 광반응 황화수소 전달 물질이 생체 내에서도 효과적으로 작동한다는 사실을 확인했다. 3장에서는 2장과 동일한 시스템을 이용해 아민류 신경 전달 물질을 내는 물질 군을 개발했다. 아직 많이 알려지지 않은 펜에틸아민, 베타 메틸 펜에틸아민 등을 광반응 방법으로 전달 할 수 있는 최초의 물질을 개발했다. 리포좀을 통해 수용액에서 신경 전달 물질이 배출됨을 확인했다.