Bio-ortogonaaliset "click/napsautus"-reaktiot

Abstract

Vuoden 2022 kemian Nobel-palkinnon saivat Carolyn Bertozzi, Morten Meldad ja Barry Sharpless click-kemian ja bio-ortogonaalisen kemian kehittämisestä. Click-kemialla tarkoitetaan reaktioita, joilla saadaan liitettyä yhteen kaksi molekyyliä nopeasti ja yksinkertaisesti. Bio-ortogonaalisuus mahdollistaa synteesien suorittamisen elävissä organismeissa ja solussa, koska reaktiot tapahtuvat selektiivisesti ja ovat bioyhteensopivia. Atsidin ja triaryylifosfiinin välisen Staudingerin reaktion voidaan ajatella olevan ensimmäinen bio-ortogonaaliseksi luokiteltava reaktio. Se on peräisin jo 1900-luvulta, mutta hidas kinetiikka rajoitti sen käyttöä. Kuparikatalysoitu atsidi-alkyyni sykloadditio (CuAAC) kehitettiin 2000-luvun alussa, mutta sytotoksisuuden vuoksi metallikatalyyttien käytöllä on rajoituksia. Reaktionopeuden kasvattamiseksi ilman metallikatalyyttejä Bertozzi tutki syklo-oktyyneja, jolloin kehitettiin rengasjännityksen ajama atsidi-alkyyni sykloadditioreaktio (SPAAC). Tetratsiinin ja trans-syklo-okteenin välinen käänteisesti elektronivajaa Diels-Alder sykloadditioreaktio (IEDDA) on yksi nopeimmista bio-ortogonaalisista click-reaktioista. Tutkielmassa esitellään laajasti erilaisia click-reaktioiden sovelluskohteita. Yksi näkökulma on niiden käyttö radiokemiassa ja erityisesti radiofarmaseuttisessa kemiassa. Bio-ortogonaaliset click-reaktiot tarjoavat tehokkaita menetelmiä radioaktiivisten merkkiaineiden liittämiseen biomolekyyleihin, mikä on ratkaisevaa esimerkiksi PET-kuvantamisessa ja syövän diagnostiikassa. Lisäksi tutkielmassa käsitellään click-reaktioiden avulla tapahtuvaa lääkkeiden kohdennettua kuljetusta. Merkittävä aihe tutkielmassa on kaksivaiheinen esikohdistettu lähestymistapa kuvantamisessa in vivo. Tämä perustuu ensin esikohdistettuun biomolekyylin merkitsemiseen ja sen jälkeen click-reaktiolla tapahtuvaan merkkiaineen kiinnittämiseen, mikä mahdollistaa tarkan ja selektiivisen kuvantamisen halutusta kohteesta. Bio-ortogonaalisia reaktioita hyödyntämällä on saavutettu merkittäviä edistysaskeleita biologisissa tutkimuksissa, lääkekehityksessä ja diagnostiikassa Se on mahdollistanut biologisten prosessien paremman ymmärtämisen ja voi mahdollistaa tehokkaamman diagnostiikan ja lääkkeiden kehittämisen sairauksien hoitoon.