Novou metodu umožňující spouštět chemické reakce v živých organismech podle lokální hodnoty pH vyvinul tým vědců z ETH Curych vedený Helmou Wennemers a Athanasiosem Markosem, který působí na Přírodovědecké fakultě Univerzity Palackého v Olomouci.

Tento postup otevírá cestu k přesnější diagnostice a cílené léčbě nádorů či zánětlivých onemocnění. Výsledky výzkumu zaměřeného na vývoj nové bioorthogonální reakce citlivé na pH byly publikovány v prestižním časopise Chem..

Hodnota pH je jedním z klíčových ukazatelů stavu buněk. Její výkyvy doprovázejí řadu závažných onemocnění – například záněty, neurodegenerativní choroby nebo rakovinu. Právě na schopnost reagovat na změny pH se zaměřil tým výzkumníků, který vyvinul novou bioorthogonální reakci citlivou na pH.  V živých systémech lze tuto metodu využít při přesném zacílení diagnostických sond nebo léčiv.

„Podařilo se nám zoptimalizovat dříve vyvinutou bioorthogonální reakci mezi azomethin iminy a isonitrily. Tato reakce využívá netoxická a stabilní činidla a zároveň je citlivá i na malé změny pH. Pomocí systematické studie jsme dosáhli výrazného zvýšení reakční rychlosti, což je pro biologické aplikace zásadní,“ vysvětluje Athanasios Markos z katedry organické chemie Přírodovědecké fakulty UP.

Složité živé systémy

Bioorthogonální chemie umožňuje provádět člověkem navržené chemické reakce v živých buňkách a organismech, aniž by narušily jejich přirozené funkce. Díky tomu lze například sledovat konkrétní biomolekuly v jejich přirozeném prostředí nebo cíleně dopravovat léčiva přesně na místo jejich účinku.

Vývoj chemických reakcí, které fungují v tak složitém prostředí, je však mimořádně náročný, protože živé systémy se vyznačují vysokou komplexitou a přesně vymezenými podmínkami, za nichž mohou chemické procesy probíhat.

V současnosti je známo několik bioorthogonálních reakcí, které fungují spolehlivě i při různých hodnotách pH, což umožňuje značení biomolekul v odlišných fyziologických prostředích. Stále však existuje jen omezený počet metod, které by dokázaly citlivě reagovat na změny pH uvnitř buněk či celých organismů.

Vyvinutou metodu vědci otestovali při značení živých buněk. Pomocí speciálně upravených protilátek se jim podařilo selektivně označit nádorové buňky, které se vyznačují kyselým okolím. „Za mírně kyselých podmínek, typických pro nádorové prostředí, jsme dosáhli výrazně efektivnějšího značení než u zdravých buněk,“ doplnil Markos, podle kterého nový přístup umožňuje přesnější a efektivnější sledování procesů v buňkách a může se stát základem pro vývoj moderních cílených léčiv.