El Premio Nobel de Química 2022 ha sido otorgado a Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal y K. Barry Sharpless por el desarrollo de la química clic y la química bioortogonal. Su trabajo describe reacciones que pueden utilizarse para conectar moléculas rápidamente en condiciones ambientales o biológicas. Esta investigación tiene amplias aplicaciones y se ha utilizado desde polímeros y productos farmacéuticos hasta el estudio de mecanismos biológicos y el desarrollo de nuevos bioterapéuticos.
Recursos de CAS sobre química bioortogonal: Informe de perspectivas, Publicación en revista en Bioconjugate Chemistry, artículo sobre el papel de los azúcares en la química bioortogonal
¿Qué es la química clic?
La química clic es un conjunto de reacciones rápidas y específicas para ensamblar fragmentos en estructuras más complejas. El término química clic fue acuñado por el profesor K. Barry Sharpless, quien concibió la formación de inhibidores enzimáticos mediante el acoplamiento de moléculas más pequeñas en el sitio activo de una enzima. Su laboratorio y el de Morten Meldal desarrollaron versiones regioselectivas catalizadas por cobre de la cicloadición de Huisgen de azidas y alquinos terminales para formar 1,2,3-triazoles. Este método se ha utilizado para la preparación de polímeros, anticuerpos y productos farmacéuticos debido a su facilidad y fiabilidad. También se han desarrollado otras reacciones clic, como las reacciones tiol-eno y SuFEx, particularmente para su uso en polímeros.
Alrededor de 30.000 documentos en las bases de datos de CAS han utilizado el concepto de "química clic". La primera referencia a la "química clic" en las bases de datos de CAS fue en 1999 ("Click chemistry: a concept for merging process and discovery chemistry” (con H. C. Kolb), Libro de resúmenes, 217.ª Reunión Nacional de la ACS, Anaheim, California, 21-25 de marzo (1999), ORGN-105 Editorial: American Chemical Society, Washington, D.C.), mientras que la referencia más antigua del grupo sobre la reacción de cicloadición azida-alquino fue en 2002. El documento más citado por el grupo de Sharpless sobre química clic, “Click chemistry: diverse chemical function from a few good reactions”, ha sido citado más de 11.000 veces.
¿Qué es la química bioortogonal?
La química bioortogonal (término utilizado por primera vez por Carolyn Bertozzi a finales de la década de 1990) describe reacciones que ocurren rápidamente en condiciones biológicas (a temperatura ambiente o cercana a ella, en soluciones acuosas, en presencia de moléculas biológicas y a bajas concentraciones). Muchas moléculas con diferentes grupos funcionales están presentes en las células, y las reacciones que reaccionan selectivamente con un único grupo funcional serían útiles para comprender el comportamiento de los sistemas biológicos.
Carolyn Bertozzi y su grupo de investigación desarrollaron por primera vez las reacciones de Staudinger de azidas con triarilfosfinas sustituidas con éster para su uso en el estudio de carbohidratos en sistemas biológicos. Los catalizadores de cobre necesarios para que las cicloadiciones azida-alquino sean rápidas en condiciones biológicas a temperatura ambiente son tóxicos para las células. El laboratorio de Bertozzi desarrolló alquinos cíclicos tensionados basados en el trabajo realizado por Wittig y Krebs a principios de la década de 1960. Los alquinos cíclicos se someten a cicloadiciones azida-alquino promovidas por tensión (SPAAC) sin catalizador y a temperatura ambiente y, por lo tanto, pueden utilizarse en células vivas. La SPAAC ha sido importante para visualizar y comprender los procesos biológicos en células vivas. Se han desarrollado otras diversas reacciones bioortogonales.
Aproximadamente 3.000 documentos en las bases de datos de CAS han utilizado el término "química bioortogonal", de los cuales la referencia más antigua fue la tesis doctoral de G. A. Lemieux, estudiante de doctorado en el laboratorio de la profesora Bertozzi. El desarrollo de reacciones bioortogonales por parte del laboratorio de la profesora Bertozzi se analiza en “From Mechanism to Mouse: A Tale of Two Bioorthogonal Reactions”. Se ofrece una visión general de las reacciones bioortogonales en una revisión independiente, que es también el artículo más citado por el grupo de Bertozzi sobre química bioortogonal, con más de 2.400 citas.
¿Cómo es el camino hacia el Premio Nobel?
La química bioortogonal ha crecido notablemente en las últimas dos décadas y ha encontrado un uso más generalizado en los últimos años. Los desarrollos y aplicaciones notables en el campo se resumen en la cronología aquí.
Además, se analizó la CAS Content Collection para comparar el aumento en las publicaciones de términos bioortogonales y el incremento en las aplicaciones de la química bioortogonal.
Esto demuestra que la obtención de imágenes fue el mayor uso individual de la química bioortogonal entre 2010 y 2020, seguido de las aplicaciones farmacéuticas. El uso de la química bioortogonal para el etiquetado se informó en casi tantos documentos como su uso en productos farmacéuticos, aunque es probable que el etiquetado represente una variedad de usos no caracterizados de otro modo. Un número similar de documentos utilizó la química bioortogonal en hidrogeles o agentes de diagnóstico para estudios mecanísticos o de espectrometría de masas.
¿Qué oportunidades depara el futuro a la química bioortogonal?
Los campos de la imagenología, el diagnóstico y la administración de fármacos se han visto transformados por estos enfoques, pero aún existen oportunidades en las siguientes áreas:
- Explorar el desarrollo de socios reactivos con mayor estabilidad biológica o simplificar los métodos eliminando la necesidad de catalizadores (reduciendo la toxicidad)
- El marcaje múltiple podría facilitar el estudio de los mecanismos biológicos y permitir agentes de diagnóstico más fiables
- La mejora de la química activada por luz podría minimizar el daño a los organismos y permitir la obtención de imágenes a mayor profundidad en organismos vivos
Estos métodos han permitido una síntesis más sencilla y fiable, una mejor comprensión de los mecanismos biológicos y el desarrollo de tratamientos más eficaces y selectivos. Su labor ha impulsado el progreso en química, biología y medicina, haciendo posible lo que antes era inalcanzable. Para obtener una visión única de este campo, descargue nuestro informe de perspectivas que, basándose en las tendencias históricas, destaca las oportunidades futuras de la química bioortogonal, o consulte la publicación revisada por pares.
