För att öka vår förståelse för cellulära processer krävs information om vilka typer av biomolekyler som är involverade, deras platser, och deras interaktioner. Detta kräver att molekylerna märks utan att påverka fysiologiska processer (bioortogonalitet). Detta fungerar när markörerna är mycket snabbt och selektivt kopplade med hjälp av små molekyler och "klickkemi". I journalen Angewandte Chemie , ett team av forskare har nu introducerat en ny typ av klickreaktion som även är lämplig för levande celler och organismer.

Som ett exempel, märkning av biomolekyler möjliggör lokalisering och karakterisering av tumörer när en antikropp som binder till specifika molekyler i tumörcellerna injiceras. Ett färgämne injiceras då också. Antikropparna och färgämnet är båda utrustade med små molekylära grupper som nästan inte har någon inverkan på cellulära processer. När de möter sin motsvarighet, de binder omedelbart och specifikt till varandra utan sidoreaktioner – lika lätt som att de två delarna klickar ihop. Det är härifrån termen klickkemi kommer. Färgämnet förblir bara fäst vid tumörceller, gör dem upptäckbara.

Den mest kända klickkemireaktionen är azid-alkynreaktionen. En azidgrupp reagerar med en alkyngrupp för att bilda en femledad ring. Dock, denna reaktion kräver en giftig kopparkatalysator, vilket gör den olämplig för levande system. Ett alternativ är användningen av cykliska alkyner, där trippelbindningen är under så stor påfrestning att reaktionen fungerar utan katalysator. Än, cykeln kan vara olämplig för vissa tillämpningar.

Ett team som leds av Justin Kim vid Dana-Farber Cancer Institute och Harvard Medical School har nu utvecklat en alternativ klickreaktion med linjär, terminala alkyner, som arbetar snabbt och är katalysatorfri under komplexa fysiologiska förhållanden. Efter en exakt analys av de elektroniska interaktionerna i alkyner och tester med en mängd olika substituenter, teamet fann att vissa alkyner med halogener på båda sidor av trippelbindningen är tillräckligt reaktiva. Tricket var att balansera de olika influenserna av de individuella substituenterna så att alkynerna var tillräckligt aktiverade (push-pull-aktivering) för att reagera utan katalysator samtidigt som de förblev säkra från attack av cellulära komponenter. För den andra halvan av klickenheten valde teamet att använda N, N-dialkylhydroxylaminer (organiska föreningar som innehåller både kväve och syre) istället för de konventionella aziderna. De resulterande reaktionsprodukterna (enamin-N-oxider) är biokompatibla.

Dessa nya klickreaktioner (retro-Cope-eliminering) är mycket snabba. Produkterna bildas regionselektivt, och komponenterna är tillräckligt stabila och kan lätt införas i biomolekyler. Detta breddar spektrumet av bioortogonala kopplingsreaktioner för cellulär märkning i levande system.