Il Premio Nobel per la Chimica 2022 è stato assegnato a Carolyn R. Bertozzi (Stanford University, CA, USA), Morten Meldal (Università di Copenhagen, Danimarca) e a Barry Sharpless (Scripps Research, La Jolla, CA, USA) «per lo sviluppo della chimica dei clic e della chimica bio-ortogonale».
Secondo Johan Åqvist, presidente del Comitato Nobel per la Chimica:
Il Premio per la Chimica di quest'anno riguarda il non complicare eccessivamente le cose, ma lavorare invece con ciò che è facile e semplice. Le molecole funzionali possono essere costruite anche seguendo un percorso semplice.
I contributi dei tre premiati, infatti, hanno permesso di costruire molecole utili in maniera molto più semplice ed efficace rispetto al passato. Sharpless (unica persona oltre a Frederick Sanger a vincere due Nobel per la Chimica) ha sviluppato il concetto di click chemistry, un approccio per sintetizzare molecole simili a quelle naturali, ma attraverso reazioni più semplici e replicabili su larga scala. Sharpless e Medal, in maniera indipendente, scoprirono la cicloaddizione azide-alchino rame-catalizzata, la reazione principe della click chemistry. Bertozzi, invece, è riuscita a usare le click chemistry all’interno dei sistemi viventi, aprendo la strada ad applicazioni antitumorali.
La nascita della click chemistry
La natura produce una moltitudine di molecole utili per l’uomo, il problema è come fare a copiarle e come farlo su larga scala. Nel 2001 Sharpless, che di lì a poco avrebbe vinto il suo primo Nobel, propose un cambio di approccio. Non è possibile imitare la natura per gli scopi umani, e non è nemmeno desiderabile. Quello che conta è come si comporta la molecola che ci serve, al di là di come è costruita. In particolare le molecole biologiche sono piuttosto grandi, e la loro struttura prevede molti collegamenti tra atomi di carbonio. Ma è molto difficile spingere le molecole a formare questi legami senza provocare reazioni collaterali che compromettono il risultato. Piuttosto, secondo Sharpless, i chimici dovevano partire da molecole con strutture in carbonio più piccole, e collegarle tra loro attraverso ponti con azoto o ossigeno, più facili da gestire.
Le molecole risultanti non saranno uguali a quelle naturali, ma sarà possibile trovare quelle con le funzioni che ci interessano. Il sasso era stato lanciato, ora bisognava metterlo in pratica. Servivano reazioni semplici, che facessero “scattare” le molecole insieme in modo controllato. Barry Sharpless e Morten Medal scoprirono indipendentemente la reazione principale.
Azidi e alchini, in presenza di rame, si combinano tra loro per formare una molecola stabile chiamata triazolo: questa reazione si chiama cicloaddizione azide-alchino rame-catalizzata. Introducendo una azide in una molecola, e un alchino nell’altra, si potevano ora legare tra loro attraverso la formazione di triazolo. Click.
La click chemistry incontra la biologia cellulare
Questo approccio ha permesso di creare nuovi farmaci e nuovi materiali con le caratteristiche desiderate. È stata però Carolyn R. Bertozzi a portare la click chemistry nei sistemi viventi. Bertozzi studiava i glicani, polisaccaridi esposti dalle cellule con funzioni importanti (per esempio nelle reazioni immunitarie). Il problema è che non c’era un modo per individuarli. Una soluzione era fare in modo che la cellula esponesse un glicano modificato chimicamente in modo da legarsi a un’etichetta molecolare. Tutto questo, però, non doveva modificare le funzioni della cellula. Bertozzi coniò il termine bioortogonale per descrivere questo tipo di reazioni. La click chemistry sembrava la chiave di volta; il problema era però che la reazione cicloaddizione azide-alchino rame-catalizzata non poteva essere usata nei sistemi viventi perché il rame è tossico.
Dopo aver consultato tutta la letteratura, Bertozzi scoprì però che il rame non era indispensabile, e che la stessa reazione di click poteva avvenire quando l’alchino era di forma circolare. Usando questa reazione Bertozzi riuscì a far cliccare tra loro la molecola fluorescente GFP (un’altra scoperta da Nobel) e i suoi glicani esposti sulla superficie delle cellule, riuscendo finalmente a individuarli.
Le potenzialità di questa scoperta sono molte. Per esempio, i ricercatori, tra cui Bertozzi, stanno provando a far “cliccare” tra loro specifici anticorpi e cellule tumorali, in modo da guidare il sistema immunitario stesso alla distruzione del cancro. Sono terapie ancora in fase di studio, ma il potenziale è enorme.
