Connect with us

Science

Nobel Prize: How click chemistry and bioorthogonal chemistry are transforming the pharmaceutical and material industries

Published

on

erlenmeyer flask periodic table

Prior to click and bioorthogonal chemistry, there was no way of visualizing molecules in living cells in their natural state. (File photo: Vedrana Filipović/Unsplash)

The 2022 Nobel Prize in chemistry was awarded to scientists Carolyn R. Bertozzi, Morten Meldal and K. Barry Sharpless for their development of click chemistry and bioorthogonal chemistry.

These techniques have been used in a number of sectors, including delivering treatments that can kill cancer cells without perturbing healthy cells as well as sustainably and quickly producing large amounts of polymers to build materials. One click chemistry-based drug is currently undergoing phase 2 clinical trials. Bertozzi is a scientific adviser of the company developing the drug.

We asked chemistry Ph.D. candidate Heyang (Peter) Zhang of the Lin Lab at the University at Buffalo to talk about how these techniques figure in his own research and how they have transformed his field and other industries.

1. How does click and bioorthogonal chemistry work?

Click chemistry, as the name suggests, is a way of building molecules like snapping Lego blocks together. It takes two molecules to click, so researchers refer to each one as click partners.

K. Barry Sharpless and Morten Meldal independently discovered that azide, a high-energy molecule with three nitrogens bonded together, and alkyne, a relatively inert and naturally rare molecule with two carbons triple-bonded together, are great click partners in the presence of a copper catalyst. They found that the copper catalyst can bring the two pieces together in an optimal arrangement that snaps them together. Prior to this technique, researchers did not have a way to quickly and precisely make new molecules under accessible conditions, like using water as a solvent at room temperature.

Diagram of click chemistry reaction

By combining an azide with a cyclooctyne, bioorthogonal chemistry allows researchers to join molecules quickly together without disturbing the rest of the cell. Cliu89/Wikimedia Commons

Chemical biologists quickly realized that click reactions can be a fantastic way to probe living systems like cells because they produce little to no toxic byproducts and can happen quickly. However, the copper catalyst is itself toxic to living systems.

Carolyn Bertozzi devised a workaround for this issue by removing the copper catalyst from the reaction. She did this by placing the alkyne into a ring structure, which drives the reaction forward using the ring strain produced from molecules forced into a cyclical shape. These bioorthogonal reactions, or reactions that happen “parallel” to the chemical environment of the cell, can occur in cells without perturbing their normal chemistry.

2. How do you use this chemistry in your work?

In an interview, Carolyn Bertozzi stated that the next steps for bioorthogonal chemistry are to find new reactions and applications for it. Our lab’s research focuses exactly on that.

My colleagues and I apply this technique to track molecules we are interested in as they naturally behave in a cell. In a living cell, we were able to add a probe to a receptor that plays a role in a number of cellular processes.

Carolyn Bertozzi is one of the winners of the 2022 Nobel Prize in chemistry.

To find new reactions, our lab has spent the last 15 years to push how fast bioorthogonal reactions can run. Speed is important because many molecules in living organisms are present in low concentrations, and using too much of the chemicals required for the reaction can be toxic for the cell. The faster the reaction, the fewer the unwanted side reactions.

We pioneered another way to achieve click and bioorthogonal reactions with even faster speed. Instead of using an azide and an alkyne like the Nobel Prize winners did originally, we used two other molecules that join together when a light is shined on them. With this technique, we are able to add molecules to the surface of a live cell in as little as 15 seconds. We can then observe how a particular structure on a cell functions in its natural environment, or detect how it changes when exposing it to drugs or other substances. Researchers can then more easily test how cells react to potential treatments.

Currently, we are working to develop a new method of triggering these reactions without light. We are actively working on using bioorthogonal chemistry to improve PET imaging to screen and monitor tumors.

3. Why are these techniques so important to your field?

Prior to click and bioorthogonal chemistry, there was no way of visualizing molecules in living cells in their natural state.

As an analogy, imagine you needed to find a specific dollar bill with the serial number 01234567. That would be a pretty daunting task. It would require you to go through every dollar you can get your hands on and verify whether the serial number is the one you are looking for.

Tracking molecules in our body is just as hard, if not more. Because biological environments are so complex, it was previously impossible to add a probe to just the molecule of interest without accidentally tagging something else, or worse, altering the normal chemistry of the cell. With bioorthogonal reactions, however, researchers can essentially add a GPS tracker to the molecule without affecting the rest of the cell.The Conversation

Heyang (Peter) Zhang, PhD Candidate in Chemistry, University at Buffalo

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.

xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonxosofutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbethttps://bsport.fithttps://onbet88.ooohttps://i9bet.bizhttps://hi88.ooohttps://okvip.athttps://f8bet.athttps://fb88.cashhttps://vn88.cashhttps://shbet.atbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88
Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *