Què són i per a què serveixen la 'química clic' i la 'química bioortogonal'?

Crear molècules sense rebuig

El Nobel de 2022 reconeix als químics que desenvolupen noves reaccions que permeten preparar molècules en el laboratori, i fins i tot a escala industrial, usant una aproximació a manera de blocs de "Lego".

No es tracta del reconeixement a una reacció química concreta, sinó a una estratègia que permet connectar dos fragments moleculars sense que es forme cap subproducte. D'aquesta manera es poden construir estructures moleculars diverses minimitzant al màxim els residus i atenent a uns dels principis de la Química Sostenible: l'economia atòmica. Això és, no "malgastar" matèria al mateix temps que s'eviten etapes de purificació dels compostos preparats.

La reacció paradigmàtica de la Química Clic és la reacció d'una azida –amb tres àtoms de nitrogen– amb un hidrocarbur per formar 1,2,3-triazol. La reacció era coneguda des de 1893, i va ser estudiada a la dècada dels anys 50 per altres investigadors premis Nobel, però el seu ús estava molt limitat fins que el 2001 Morten Meldal (un altre guardonat) va descobrir com fer la reacció a temperatura ambient. I de manera gairebé simultània, Sharpless va aconseguir fer la reacció amb l'aïgua.

S'obria així una nova línia de treball amb aplicacions en diversos camps. Per exemple, la síntesi d'una supermolècula de 4 nanòmetres de mida! –"superbola", segons els autors– que inhibeix la infecció cel·lular per un virus de l'Ebola artificial es va crear amb dotze reaccions clic.

Figura 1. Premis Nobel de Química 2022, Barry Sharpless (esquerra), Carolyn Bertozzi (centre) i Morten Meldal (dreta). ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

La reacción de clic que cambió la química. Las azidas y los alquinos reaccionan con gran eficacia cuando se les añaden iones de cobre. ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Química dins d'organismes vius

Bertozzi, que treballava en mètodes per determinar l'estructura i la funció dels sucres a les cèl·lules, es preguntava si era possible realitzar reaccions orgàniques dins d'un organisme viu. La resposta va ser un sí rotund.

Va ser ella mateixa qui va introduir el terme biortogonal per definir les reaccions quimioselectives que es poden fer servir en sistemes biològics. Són reaccions que es poden fer en condicions fisiològiques sense interferir ni veure's afectades pels processos biològics que tenen lloc a l'entorn. La seva atenció es va centrar en els glicans, carbohidrats que s'uneixen a la superfície de proteïnes i cèl·lules.

La química bioortogonal ilumina la célula. ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Les reaccions que van desenvolupar han tingut múltiples aplicacions. Per exemple, en el cas de Bertozzi, s'ha centrat en els glicans a la superfície de cèl·lules tumorals, mostrant que alguns glicans poden protegir els tumors davant del sistema immunitari i fer que les cèl·lules immunitàries "s'apaguin".

La solució? Trencar la unió dels glicans a la superfície de la cèl·lula tumoral per fer-les vulnerables.

Recordant la intervenció de Sharpless en 2001 al rebre el guardó per primera vegada, l'Acadèmia assenyala que "aquestes quatre paraules d'elogi són necessàries per a fer justícia a la química per a la qual ell, Carolyn Bertozzi i Morten Meldal han establit les bases. A més de ser elegant, intel·ligent, nova i útil, també aporta el major benefici a la humanitat", idea aquesta última sempre present en la concessió de els premis Nobel com va reflectir Alfred Nobel al seu testament.