Nobel per la chimica 2022: Click Chemistry e Chimica Bioortogonale

Questa ortogonalità di reazione unita alla sua elevata efficienza, facilità d’uso, compatibilità a numerosi solventi organici, incluso l’ambiente acquoso, e riproducibilità in condizioni di temperatura e pH diversi hanno fin da subito stimolato l’interesse per l'utilizzo di questa coniugazione per la funzionalizzazione di biomolecole presenti nei sistemi biologici complessi. Tuttavia, l'utilizzo della “click chemistry” per tali applicazioni era limitato dalla tossicità degli ioni rame per le cellule e gli organismi viventi. Era pertanto fondamentale identificare delle condizioni che evitassero l’utilizzo del rame, una sfida importante che il gruppo di ricerca di Bertozzi ha affrontato fin da subito con risultati eccellenti. È stata la stessa Bertozzi nel 2003 a coniare il temine di chimica bioortogonale (“bioorthogonal chemistry”). Per modificare selettivamente ed in condizioni fisiologiche le biomolecole presenti negli organismi viventi senza interrompere o interferire con i processi cellulari vitali circostanti, i gruppi funzionali chiave azide e alchino sono stati mantenuti ma sono stati resi intrinsecamente più reattivi per eliminare il rame garantendo al contempo un'elevata selettività, attività, resa e ortogonalità rispetto alla maggior parte delle biomolecole. 

I due concetti di “click chemistry” e “chimica bioortogonale” hanno avuto un enorme impatto in molteplici aree. Ad esempio, L'utilizzo della “click chemistry” e della “chimica bioortogonale” ha permesso la mappatura e comprensione del ruolo di biomolecole presente sulla superficie delle cellule e coinvolte nel riconoscimento cellulare e nella comunicazione intercellulare. Nel corso degli ultimi 20 anni, l’applicazione di queste metodologie ha permesso lo sviluppo di nuove bioterapie di precisione per la cura di patologie quali il cancro e i disturbi infiammatori come l'artrite. La selettività di questa reazione ha permesso lo sviluppo e messa a punto di sistemi diagnostici per l’identificazione rapida di patogeni, quali la tubercolosi.

La “click chemistry” e “chimica bioortogonale” sono state inoltre utilizzate per la progettazione di biomateriali avanzati di nuova generazione per molteplici applicazioni biomedicali quali l’ingegneria tissutale, la medicina rigenerativa, l’imaging di precisione, la terapia cellulare ed il trasporto selettivo di farmaci. Infine, queste metodologie hanno permesso lo sviluppo di nuovi erbicidi, fotostabilizzanti, ritardanti di corrosione, agenti schiarenti e molteplici materiali macromolecolari (gel, polimeri).

La storia di questo premio Nobel per la chimica insegna un paio di lezioni importanti per i chimici: è fondamentale prestare attenzione ai risultati inaspettati che a volte emergono quando si eseguono esperimenti scientifici, piuttosto che ignorarli perché non desiderati, poiché possono eventualmente portare a grandi scoperte. È inoltre fondamentale riconoscere le potenzialità di un nuovo risultato e solo con una visione interdisciplinare è possibile portare tale risultato a un grado di complessità superiore, facendo un vero passo avanti per la comunità scientifica e per l'intera umanità.

Alessandro Angelini e Alessandro Scarso, Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi