Stark abgestimmte katalytische Kontrollen: Forscher schärfen Zeit, räumliche Kontrolle von Reaktionen

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Anonim

Man könnte sich die bioorthogonale Chemie als einen diskreten Diener oder Hausmeister vorstellen, der zwei Weltführer zu einem privaten Treffen lenkt, ohne dabei Lärm oder Ärger zu machen.

Der Kammerdiener ist ein Katalysator der Art und arrangiert das Treffen, um ein Ergebnis zu beschleunigen, das sonst nicht passieren würde.

Die bioorthogonale Chemie erzeugt gezielte Reaktionen in lebenden Organismen, die auf natürliche Weise nicht auftreten. Es wird in der Nuklearmedizin, bei der Bildgebung von Zellen und beim Erstellen von Materialien oder Anpassen der Eigenschaften von bereits vorhandenen Materialien verwendet.

Jetzt hat die Zusammenarbeit von vier Professoren der Universität von Delaware dem Kammerdiener ein verbessertes GPS und einen Turbo-Motor gegeben, was schnellere und präzisere Reaktionen ermöglicht, die durch Licht oder ein Enzym ausgelöst werden können und noch mehr Auswirkungen auf die Medizin haben werden. Ingenieurwissenschaften und andere Wissenschaften. Ihre Leistung wird in einem neu veröffentlichten Artikel im Journal der American Chemical Society beschrieben.

"Diese Zeitung ist eine, auf die ich wirklich sehr gespannt bin", sagte Joseph Fox von UD, der auf dem relativ jungen Gebiet der bioorthogonalen Chemie führend ist. "Es wird etwas beeinflussen, was wir in den kommenden Jahren tun werden."

Fox ist Professor für Chemie und Biochemie sowie für Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften und leitet auch das UD-Institut für Biomedizinische Forschungsexzellenz für molekulare Entdeckung. Er arbeitet seit fast einem Jahrzehnt an der Entwicklung des heute in der bioorthogonalen Chemie weit verbreiteten Werkzeugs - der Reaktion, die als Tetrazinligation bekannt ist. Tetrazin-Ligationen haben Reaktionen mit Rekordgeschwindigkeit erzeugt.

Fox und seine Mitarbeiter - die Professoren Joel Rosenthal und Colin Thorpe für Chemie und Biochemie und Xinqiao Jia für Materialwissenschaften, Biomedizintechnik und das Delaware Biotechnology Institute - haben jetzt einen Prozess entwickelt, der die Tetrazinligation mit rotem oder nahem Infrarotlicht oder einer winzigen Dosis auslöst von dem Enzym, das als Meerrettichperoxidase bekannt ist.

Es bleibt viel Arbeit übrig, bevor dieser Prozess in einem menschlichen Wesen verwendet werden könnte, sagte Fox. Aber das Konzept funktioniert und könnte nützliche Anwendungen in einer breiten Palette von Verfahren, einschließlich Wirkstoffabgabe und Tissue Engineering, produzieren.

Zum Beispiel würde der Prozess es ermöglichen, die Eigenschaften eines injizierbaren Materials zu ändern, sobald es das Innere eines erkrankten Knies erreicht hat, sagte Fox.

Er erwartet, dass das neue Verfahren eine Rolle in der Initiative "Krebs-Moonshot" von Vizepräsident Joe Biden spielen wird, um Forschung zu fördern, die zu besseren und effektiveren Instrumenten im Kampf gegen Krebs führen wird.

"Eine Sache, auf die wir hoffen können, ist, dass wir Katalysatoren auf einem Tumor lokalisieren und diese Reaktion auf den Tumor katalysieren können, um Drogen wegzulassen, im Gegensatz zu einer Chemotherapie, die durchweg giftig ist", sagte er. "Es wird Teil der Krebsgeschichte in Zukunft sein."

Jeder der Mitarbeiter von Fox brachte spezielles Know-how in das Projekt ein. Thorpe, ein Biochemiker, schlug das Meerrettich-Enzym vor und brachte Expertise in kinetischer und mechanistischer Analyse mit. Jia brachte Know-how in Biomaterialien mit und schuf Hydrogele und Fasern. Rosenthal, ein anorganischer Chemiker, brachte Kenntnisse in elektrochemischen und photochemischen Prozessen mit.

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