Например, маркировка биомолекул позволяет локализовать и охарактеризовать опухоли, когда вводится антитело, которое связывается со специфическими молекулами в опухолевых клетках. Затем также вводится краситель.
И антитела, и краситель содержат небольшие молекулярные группы, которые почти не влияют на клеточные процессы. Когда они сталкиваются со своим двойником, они сразу и целенаправленно связываются друг с другом без каких-либо побочных реакций – так же легко, как две части, соединяющиеся вместе.
Отсюда и термин «химия кликов». Краситель остается прикрепленным только к опухолевым клеткам, что делает их обнаруживаемыми.
Самая известная химическая реакция щелчка – азид-алкиновая реакция.
Азидная группа реагирует с алкиновой группой с образованием пятичленного кольца. Однако для этой реакции требуется токсичный медный катализатор, что делает ее непригодной для живых систем.
Альтернативой является использование циклических алкинов, в которых тройная связь подвергается настолько сильному натяжению, что реакция протекает без катализатора. Тем не менее, цикл может не подходить для некоторых приложений.
Команда, возглавляемая Джастином Кимом из Института рака Дана-Фарбер и Гарвардской медицинской школы (Бостон, США), разработала альтернативную щелочную реакцию с линейными терминальными алкинами, которая быстро работает и не содержит катализаторов в сложных физиологических условиях. После точного анализа электронных взаимодействий в алкинах и тестов с различными заместителями, команда обнаружила, что определенные алкины с галогенами по обе стороны тройной связи достаточно реактивны. Хитрость заключалась в том, чтобы уравновесить различные влияния отдельных заместителей, чтобы алкины были достаточно активированы (двухтактная активация), чтобы реагировать без катализатора, оставаясь при этом защищенными от атаки клеточными компонентами. Для другой половины блока щелчка команда решила использовать N, N-диалкилгидроксиламины (органические соединения, содержащие как азот, так и кислород) вместо обычных азидов.
Образующиеся продукты реакции (енамин-N-оксиды) биосовместимы.
Эти новые реакции на щелчки (устранение Retro-Cope) очень быстрые. Продукты образуются региоселективно, а компоненты достаточно стабильны и могут быть легко введены в биомолекулы.
Это расширяет спектр реакций биоортогонального связывания для мечения клеток в живых системах.