O Prêmio Nobel de Química de 2022 foi concedido a Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal e K. Barry Sharpless pelo desenvolvimento da química click e da química bioortogonal. Seu trabalho descreve reações que podem ser usadas para conectar moléculas rapidamente em condições ambientes ou biológicas. Esta pesquisa possui amplas aplicações e tem sido utilizada desde polímeros e produtos farmacêuticos até o estudo de mecanismos biológicos e o desenvolvimento de novas bioterapêuticas.
Recursos do CAS sobre química bioortogonal: Relatório de Insight, Publicação em Periódico na Bioconjugate Chemistry, Artigo sobre o papel dos Açúcares na Química Bioortogonal
O que é química click?
A química click é um conjunto de reações rápidas e específicas para montar fragmentos em estruturas mais complexas. O termo química click foi cunhado pelo professor K. Barry Sharpless, que idealizou a formação de inibidores enzimáticos através do acoplamento de moléculas menores no sítio ativo de uma enzima. Seu laboratório e o de Morten Meldal desenvolveram versões regio-seletivas catalisadas por cobre da cicloadição de Huisgen de azidas e alquinos terminais para formar 1,2,3-triazóis. Este método tem sido usado na preparação de polímeros, anticorpos e produtos farmacêuticos devido à sua facilidade e confiabilidade. Outras reações click, como as reações tiol-eno e SuFEx, também foram desenvolvidas, particularmente para uso em polímeros.
Cerca de 30.000 documentos nas bases de dados do CAS utilizaram o conceito de “química click”. A referência mais antiga a “química click” nas bases de dados do CAS foi em 1999 (“Click chemistry: a concept for merging process and discovery chemistry” (com H. C. Kolb), Book of Abstracts, 217th ACS National Meeting, Anaheim, Calif., 21-25 de março (1999), ORGN-105 Editora: American Chemical Society, Washington, D.C.), enquanto a referência mais antiga do grupo sobre a reação de cicloadição azida-alquino foi em 2002. O documento mais citado pelo grupo de Sharpless sobre química click, “Click chemistry: diverse chemical function from a few good reactions”, foi citado mais de 11.000 vezes.
O que é química bioortogonal?
A química bioortogonal (termo usado pela primeira vez por Carolyn Bertozzi no final da década de 1990) descreve reações que ocorrem rapidamente sob condições biológicas (à temperatura ambiente ou próxima a ela, em soluções aquosas, na presença de moléculas biológicas e em baixas concentrações). Muitas moléculas com diferentes grupos funcionais estão presentes nas células, e reações que reagem seletivamente com um único grupo funcional seriam úteis para entender o comportamento de sistemas biológicos.
Carolyn Bertozzi e seu grupo de pesquisa desenvolveram inicialmente as reações de Staudinger de azidas com triarilfosfinas substituídas por éster para uso no estudo de carboidratos em sistemas biológicos. Os catalisadores de cobre necessários para tornar as cicloadições azida-alquino rápidas sob condições biológicas à temperatura ambiente são tóxicos para as células. O laboratório de Bertozzi desenvolveu alquinos cíclicos tensionados com base no trabalho realizado por Wittig e Krebs no início da década de 1960. Os alquinos cíclicos passam por cicloadições azida-alquino promovidas por tensão (SPAAC) sem catalisador e à temperatura ambiente, podendo, portanto, ser usados em células vivas. A SPAAC tem sido importante para visualizar e entender processos biológicos em células vivas. Uma variedade de outras reações bioortogonais foi desenvolvida.
Aproximadamente 3.000 documentos nas bases de dados do CAS utilizaram o termo “química bioortogonal”, sendo a referência mais antiga a tese de doutorado de G. A. Lemieux, um aluno de doutorado no laboratório da professora Bertozzi. O desenvolvimento de reações bioortogonais pelo laboratório da professora Bertozzi é discutido em “From Mechanism to Mouse: A Tale of Two Bioorthogonal Reactions”. Uma visão geral das reações bioortogonais é apresentada em uma revisão separada, que também é o artigo mais citado pelo grupo de Bertozzi discutindo química bioortogonal, com mais de 2.400 citações.
Como é o caminho até o Prêmio Nobel?
A química bioortogonal cresceu notavelmente nas últimas duas décadas e encontrou uso mais difundido nos últimos anos. Desenvolvimentos e aplicações notáveis na área estão resumidos na linha do tempo aqui.
Além disso, a CAS Content Collection foi analisada para comparar o aumento nas publicações de termos bioortogonais e o crescimento nas aplicações da química bioortogonal.
Isso mostra que o imageamento foi o maior uso individual da química bioortogonal entre 2010 e 2020, seguido por aplicações farmacêuticas. O uso da química bioortogonal para marcação foi relatado em quase tantos documentos quanto seu uso em produtos farmacêuticos, embora a marcação provavelmente represente uma variedade de usos não caracterizados de outra forma. Números semelhantes de documentos utilizaram a química bioortogonal em hidrogéis ou agentes de diagnóstico para estudos mecanísticos ou de espectrometria de massa.
Quais são as oportunidades futuras para a química bioortogonal?
As áreas de imagem, diagnóstico e entrega de medicamentos foram transformadas por essas abordagens, mas existem mais oportunidades pela frente nas seguintes áreas:
- Explorar o desenvolvimento de parceiros reativos com maior estabilidade biológica ou simplificar métodos eliminando a necessidade de catalisadores (reduzindo a toxicidade)
- A rotulagem múltipla pode permitir uma exploração mais fácil de mecanismos biológicos e agentes de diagnóstico mais confiáveis
- Químicas ativadas por luz aprimoradas podem minimizar danos aos organismos e permitir imagens de profundidades ainda maiores dentro de organismos vivos
Esses métodos permitiram uma síntese mais fácil e confiável, uma melhor compreensão dos mecanismos biológicos e o desenvolvimento de tratamentos mais eficazes e seletivos. Seu trabalho impulsionou o progresso na química, biologia e medicina, viabilizando trabalhos que, de outra forma, não seriam possíveis. Para uma visão panorâmica única deste campo, baixe nosso Relatório de Insights que se baseia em tendências históricas para destacar as oportunidades futuras para a química bioortogonal, ou confira a publicação revisada por pares.
