La química “clic” gana el Premio Nobel de Química 2022

La científica Carolyn Bertozzi y el investigador Barry Sharpless, de Estados Unidos, así como el químico Morten Meldal, de Dinamarca, ganaron el Premio Nobel de Química de 2022 por desarrollar un revolucionario concepto para producir moléculas para fármacos y nuevos materiales de manera rápida a partir de pequeñas unidades, denominada “química clic”, y por la aplicación de estas reacciones al interior de las células vivas.

La Real Academia Sueca de Ciencias señaló que Sharpless, investigador del Instituto de Investigación Scripps, EE. UU., y Morten Meldal, profesor de la Universidad de Copenhague, han sentado las bases para una forma funcional de química en la que se forman nuevos compuestos de manera rápida y eficiente a partir de combinaciones de piezas moleculares más pequeñas; mientras que Carolyn Bertozzi, investigadora de la Universidad de Stanford, llevó la química del clic a una nueva dimensión y comenzó a utilizarla en el interior de organismos.

“La química del clic y las reacciones bioortogonales han llevado a la química a la era del funcionalismo, con un enorme beneficio para la humanidad”, afirmó la Academia Sueca y se refirió a las nuevas reacciones que se utilizan habitualmente para producir fármacos y nuevos materiales, como “la joya de la corona de la química clic”.

Barry Sharpless —quien es la quinta persona en ganar dos premios Nobel, después de Marie Curie, Frederick Sanger, Linus Pauling y John Bardeen—  acuñó el concepto de la química clic en el año 2001 (año en el también ganó el Premio Nobel de Química), un procedimiento conocido como cicloadición alquino-azida catalizada por cobre (clic, por el acrónimo en inglés) para referirse a una nueva técnica de construcción modular rápida de moléculas.

Cuando se desarrollan nuevas moléculas complejas tratando de copiar lo que ocurre de manera natural, se deben construir a través de muchos pasos y reacciones y, con frecuencia, cada paso crea subproductos no deseados, o bien, tardan mucho en producirse. Además, estos subproductos deben eliminarse antes de que se pueda continuar con el proceso.

Los galardonados desarrollaron un nuevo proceso, más simple, minimalista y funcional. Sharpless acuñó el concepto de química “clic” a este nuevo método robusto para construir moléculas que se unen de manera rápida y eficiente.

Esto ocurre porque, por lo general, los enlaces de átomos de carbono de las moléculas orgánicas no siempre cuentan con el “impulso químico“ necesario y al activarse artificialmente se producen muchas reacciones secundarias no deseadas y la pérdida de material.

De esta manera, si se requiere la producción industrial de un compuesto o molécula se necesita un nivel de producción más eficiente, pero con el método tradicional toma más tiempo. Por ejemplo, para producir el antibiótico meropenem, se necesitaron seis años de desarrollo para encontrar una forma de fabricar la molécula a gran escala. Este proceso es poco práctico y deficiente.

Los galardonados desarrollaron un nuevo proceso, más simple, minimalista y funcional. Sharpless acuñó el concepto de química “clic” a este nuevo método robusto para construir moléculas químicas, como una forma funcional donde los distintos bloques de construcción de moléculas se unen de manera rápida y eficiente.

Su propuesta cambió completamente el enfoque de la construcción de moléculas, que hasta ese momento se centraban en copiar los procesos que ocurren en las moléculas naturales, a uno nuevo totalmente diferente.

Usó moléculas más pequeñas que ya tienen un fuerte impulso intrínseco para que se unan entre sí y, posteriormente, las unió con otros elementos o moléculas usando puentes de átomos de nitrógeno o de oxígeno, que son más fáciles de controlar. De esta manera, se evitaron muchas de las reacciones secundarias y la pérdida de material.

La combinación de estos bloques de construcción químicos simples hace posible crear una variedad casi infinita de moléculas más grandes y complejas, como las utilizadas para generar productos farmacéuticos a escala industrial. Incluso si la química clic no puede proporcionar copias exactas de moléculas naturales, es posible obtener moléculas que cumplen con las mismas funciones.

Olof Ramström, miembro del comité Nobel, dijo que “los métodos para conectar moléculas funcionan esencialmente como hacer construcciones con bloques de Lego”.

es posible hacer “clic” en sustancias que conducen la electricidad, captan la luz solar, son antibacterianas, protegen de la radiación ultravioleta o tienen otras propiedades deseables.

Aplicación farmacéutica

Al desarrollar métodos para encontrar potenciales sustancias farmacéuticas Morten Medal construyó enormes bibliotecas moleculares de cientos de miles de sustancias diferentes y luego las analizó para ver si alguna de ellas podía bloquear los procesos patógenos.

Mientras hacía esto, junto con sus colegas, llevó a cabo una reacción clic puramente rutinaria de la cual obtuvo reacciones inesperadas y una familia de compuestos llamada triazoles, que son componentes químicos que ayudan a formar otras sustancias de gran aplicación farmacéutica, en tintes y productos químicos agrícolas, entre otros.

Publicó su descubrimiento por primera vez en 2002, donde mostró que esta reacción se puede utilizar para unir numerosas moléculas diferentes de manera estable.

Estas reacciones mucho más sencillas se han hecho muy populares en los últimos 20 años, tanto en los laboratorios de investigación como en las industrias, ya que facilitan la producción de nuevos materiales.

Con una reacción clic es posible convertir un compuesto plástico en una fibra o, incluso, se puede cambiar el material en una etapa posterior; es posible hacer clic en sustancias que conducen la electricidad, captan la luz solar, son antibacterianas, protegen de la radiación ultravioleta o tienen otras propiedades deseables. Los suavizantes también se pueden encajar en los plásticos, para que no se filtren más tarde.

En la industria farmacológica la química del clic se utiliza para producir y optimizar sustancias que potencialmente pueden convertirse en productos farmacéuticos. La reacción clic cambió la química de este siglo. Este métodos se aplica en sectores cada vez más amplios para obtener compuestos industriales, catalíticos, alimenticios e incluso médicos.

Bertozzi llevó la química del clic a una nueva dimensión y comenzó a usarla para mapear células. Con ella es posible observar cómo interactúan los compuestos bioquímicos o analizar los procesos de infección de algunos patógenos.

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Aplicación contra el cáncer

Sin embargo, nunca se había pensado que una reacción clic pudiera utilizarse en los seres vivos y esa es la gran aportación de Carolyn Bertozzi, la octava mujer en ganar un Premio Nobel de Química y la número 59 en obtener un Nobel en todos los campos, frente a 890 hombres. Esto significa que solo el 6.6% de estos premios han sido concedidos a mujeres.

Bertozzi llevó la química del clic a una nueva dimensión y comenzó a usarla para mapear células: al investigar unos carbohidratos de la superficie de las células llamados glicanos —que contienen varios tipos de azúcar— desarrolló unas reacciones que funcionan dentro de los organismos vivos.

Modificó y mejoró la reacción clic (al quitarle el cobre) para poder usarse al interior de las células vivas sin dañarlas, y con sus aportaciones brindó una nueva herramienta al campo de la bioquímica.

Logró marcar a los glicanos con moléculas fluorescentes, para poder estudiarlas sin interferir en los procesos normales de la célula. Estas reacciones clic que llamó “bioortogonales” se utilizan ahora de manera global para explorar reacciones al interior de las células y rastrear sus procesos biológicos.

Con ella es posible observar cómo interactúan los compuestos bioquímicos o químicos con las estructuras de la célula o analizar los procesos de infección de algunos microorganismos patógenos.

La investigadora observó que pueden funcionar como potenciales marcadores biológicos del cáncer. “Gracias a las aportaciones de Bertozzi los investigadores han mejorado medicamentos contra el cáncer que se están probando en ensayos clínicos”, señaló la Academia Sueca de Ciencias.

Al estudiar los glicanos en la superficie de las células tumorales del cáncer, descubrió que algunos glicanos protegen a los tumores del ataque del sistema inmunitario y desarrolló un fármaco biológico que elimina este mecanismo de protección, que actualmente se está probando en ensayos clínicos con personas con cáncer avanzado.

Ante estos resultados exitosos varios grupos de científicos en todo el mundo están desarrollando fármacos que se dirigen a anticuerpos específicos contra una variedad de tumores o también sistemas de diagnósticos más precisos y oportunos para detectar diversos tipos de cáncer.