Nuevas herramientas químicas para intervenir en procesos biológicos

Investigadores del CiQUS desarrollan un catalizador de rutenio biocompatible que permite realizar reacciones muy selectivas en medios biológicos.

Los nuevos catalizadores son efectivos en condiciones de muy alta dilución y se activan mediante luz.

Los resultados del estudio han sido publicados en la prestigiosa revista Angewandte Chemie

Las células albergan en su interior una gran cantidad de moléculas distintas que reaccionan de forma específica y selectiva entre ellas, normalmente gracias a la magia de los enzimas. Se trata de miles de transformaciones selectivas ocurriendo a la vez, y regulándose entre ellas de manera precisa. La química bioortogonal comprende todo un conjunto de reacciones químicas compatibles con los componentes biológicos de un ser vivo y que, por tanto, pueden realizarse en presencia o en el interior de células vivas. El potencial de estas reacciones para intervenir en el metabolismo de seres vivos y desarrollar aplicaciones biomédicas, ha llevado a que la invención de nuevos procesos bioortogonales sea un gran reto de la química moderna.

En este contexto, el grupo MetBioCat(link is external) desarrolló hace unos años una nueva reacción bioortogonal promovida por un catalizador de rutenio(link is external), que permitía acoplar de forma selectiva dos fragmentos moleculares (llamados azida y tioalquino) para generar el producto de la reacción química deseada (triazol). La reacción podía realizarse en agua, a temperatura ambiente, y era compatible con la presencia de una gran variedad de biomoléculas como proteínas y aminoácidos, lo que permitía entrever una multitud de potenciales aplicaciones en química biológica y médica. Sin embargo, para el desarrollo de estas aplicaciones, el método desarrollado en este primer trabajo debía salvar una limitación muy importante: la reacción dejaba de ser eficaz a altas diluciones, condiciones propias de los ambientes biológicos celulares.

Ahora, los investigadores del Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) han demostrado que un simple cambio en la estructura del catalizador de rutenio permite que estas reacciones biocompatibles puedan realizarse en condiciones entre 300 y 750 veces más diluidas que con el método anterior, manteniendo e incluso mejorando la selectividad y especificidad que habían logrado previamente. Además, en este nuevo trabajo desarrollan un segundo tipo de catalizadores de rutenio que, además de mantener esta reactividad a altas diluciones, solamente funcionan cuando se activan con luz. Los autores del trabajo, liderados por los Profesores José Luis Mascareñas y Fernando López, observaron que los nuevos catalizadores de rutenio foto-activables son eficientes y selectivos incluso en medios biológicamente complejos como lisados celulares (células rotas) y permiten modificar pequeños péptidos y cadenas de ADN in vitro. “Con esta segunda generación de catalizadores también hemos confirmado que la reacción funciona en presencia de células", afirma Alejandro Gutiérrez, primer firmante del artículo. “Este tipo de control sobre la actividad de un catalizador con luz es de gran interés para futuras aplicaciones biológicas, pues permitiría decidir dónde y cuándo va a tener lugar la reacción. A más largo plazo, uno de nuestros objetivos consiste en conseguir la foto-activación selectiva del catalizador en determinadas células, en regiones específicas de las mismas o incluso en zonas concretas de un ser vivo (por ejemplo, en un tumor) para generar productos de interés terapéutico y/o diagnóstico" concluyen los investigadores de MetBioCat. Los resultados del estudio acaban de ser publicado en la prestigiosa revista Angewandte Chemie(link is external).

Referencia

A. Gutiérrez-González, P. Destito, J.R. Couceiro, C. Pérez-González, F. López, J.L. Mascareñas. Bioorthogonal Azide‐Thioalkyne Cycloadditions Catalyzed by Photoactivatable Ru(II) Complexes. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 16509-16066