Om ons begrip van cellulaire processen te vergroten, is informatie nodig over de soorten biomoleculen die erbij betrokken zijn, hun locaties, en hun interacties. Dit vereist dat de moleculen worden gelabeld zonder fysiologische processen te beïnvloeden (bioorthogonaliteit). Dit werkt als de markers zeer snel en selectief worden gekoppeld met behulp van kleine moleculen en 'klikchemie'. In het journaal Angewandte Chemie , een team van onderzoekers heeft nu een nieuw type klikreactie geïntroduceerd dat ook geschikt is voor levende cellen en organismen.

Als voorbeeld, het labelen van biomoleculen maakt de lokalisatie en karakterisering van tumoren mogelijk wanneer een antilichaam wordt geïnjecteerd dat bindt aan specifieke moleculen in de tumorcellen. Er wordt dan ook een kleurstof geïnjecteerd. De antilichamen en de kleurstof zijn beide uitgerust met kleine moleculaire groepen die bijna geen invloed hebben op cellulaire processen. Wanneer ze hun tegenhanger tegenkomen, ze binden onmiddellijk en specifiek aan elkaar zonder nevenreacties - net zo gemakkelijk als de twee delen in elkaar klikken. Hier komt de term klikchemie vandaan. De kleurstof blijft alleen gehecht aan tumorcellen, waardoor ze detecteerbaar zijn.

De meest bekende klikchemiereactie is de azide-alkynreactie. Een azidegroep reageert met een alkyngroep om een ​​vijfledige ring te vormen. Echter, deze reactie vereist een giftige koperkatalysator, waardoor het ongeschikt is voor levende systemen. Een alternatief is het gebruik van cyclische alkynen, waarbij de drievoudige binding onder zoveel spanning staat dat de reactie zonder katalysator werkt. Nog, de cyclus kan voor sommige toepassingen ongeschikt zijn.

Een team onder leiding van Justin Kim van het Dana-Farber Cancer Institute en de Harvard Medical School heeft nu een alternatieve klikreactie ontwikkeld met lineaire, terminale alkynen, die snel werkt en katalysatorvrij is onder complexe fysiologische omstandigheden. Na een nauwkeurige analyse van de elektronische interacties in alkynen en testen met verschillende substituenten, het team ontdekte dat bepaalde alkynen met halogenen aan beide zijden van de drievoudige binding reactief genoeg zijn. De truc was om de verschillende invloeden van de afzonderlijke substituenten in evenwicht te brengen, zodat de alkynen voldoende geactiveerd waren (push-pull-activering) om zonder katalysator te reageren terwijl ze gevrijwaard bleven van aantasting door cellulaire componenten. Voor de andere helft van de klikeenheid koos het team ervoor om N, N-dialkylhydroxylaminen (organische verbindingen die zowel stikstof als zuurstof bevatten) in plaats van de conventionele aziden. De resulterende reactieproducten (enamine-N-oxiden) zijn biocompatibel.

Deze nieuwe klikreacties (retro-Cope-eliminaties) zijn erg snel. De producten worden regioselectief gevormd, en de componenten zijn voldoende stabiel en kunnen gemakkelijk in biomoleculen worden geïntroduceerd. Dit verbreedt het spectrum van bioorthogonale koppelingsreacties voor cellulaire labeling in levende systemen.