Bioortogonalità: origine, sviluppo e prospettive future.

"Bioorthogonal chemistry has profoundly revolutionized scientific research in various fields, allowing chemical reactions to occur within complex biological systems without interfering with natural processes. This discipline has enabled progress in a wide range of applications, from cellular imaging to diagnostics and clinical therapy, thanks to its ability to perform selective and efficient reactions in the presence of biomolecules. The term 'Bioorthogonal Chemistry' was coined by the research group of Carolyn R. Bertozzi and is inspired by the mathematical concept of orthogonality, where two entities can coexist without affecting each other. In the context of chemistry, this refers to reactions that can occur in biological environments without interfering with natural processes. These reactions must meet strict criteria: they must be non-toxic, highly selective, and compatible with physiological conditions such as temperature and pH. A fundamental step towards bioorthogonal chemistry was represented by Click Chemistry, developed by K. Barry Sharpless and Morten Meldal. Among the main reactions of this discipline are copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) and strain-promoted azide-alkyne cycloaddition (SPAAC). The latter was developed to improve the biocompatibility of reactions, allowing their application in biological systems without the use of metal catalysts. Among the major bioorthogonal reactions are the Staudinger Ligation, considered one of the most significant reactions for labeling molecules and biological entities, the Traceless Staudinger Ligation, a variant that leaves no residues, and the Tetrazine Ligation, a rapid and efficient reaction particularly used for labeling biomolecules in complex systems. These innovations in bioorthogonal chemistry have greatly expanded the possibilities for research and practical application, significantly contributing to the advancement of biological and medical sciences. Thanks to these techniques, researchers can now explore biological processes with unprecedented precision, paving the way for new discoveries and innovative therapies.

La chimica bioortogonale ha profondamente rivoluzionato la ricerca scientifica in vari settori, consentendo alle reazioni chimiche di verificarsi all’interno di sistemi biologici complessi senza interferire con i processi naturali. Questa disciplina ha permesso il progresso ad una vasta gamma di applicazioni, dall’imaging cellulare al- la diagnostica e alla terapia clinica, grazie alla capacità di eseguire reazioni selettive ed efficienti in presenza di biomolecole. Il termine "Chimica Bioortogonale" è stato coniato dal gruppo di ricerca di Caro- lyn R. Bertozzi e si ispira al concetto matematico di ortogonalità, in cui due entità possono coesistere senza influenzarsi reciprocamente. Nel contesto della chimica, questo si riferisce a reazioni che possono avvenire in ambienti biologici senza in- terferire con i processi naturali. Queste reazioni devono soddisfare criteri rigorosi: devono essere non tossiche, altamente selettive e compatibili con le condizioni fisio- logiche, come temperatura e pH. Un passo fondamentale verso la chimica bioortogonale è stato rappresentato dalla Click Chemistry, sviluppata da K. Barry Sharpless e Morten Meldal. Tra le reazioni principali di questa disciplina spiccano la cicloaddizione azide-alchino catalizzata dal rame (CuAAC) e la strain-promoted azide-alkyne cycloaddition (SPAAC). Quest’ul- tima è stata sviluppata per migliorare la biocompatibilità delle reazioni, permettendo la loro applicazione in sistemi biologici senza l’uso di catalizzatori metallici. Tra le principali reazioni bioortogonali si annoverano la Staudinger Ligation, con- siderata una delle reazioni più significative per la marcatura di molecole ed entità biologiche, la Staudinger Ligation Traceless, una variante che non lascia residui, e la Tetrazine Ligation, una reazione rapida ed efficace particolarmente utilizzata per l’etichettatura di biomolecole in sistemi complessi. Queste innovazioni nella chimica bioortogonale hanno ampliato enormemente le possibilità di ricerca e applicazione pratica, contribuendo significativamente all’a- vanzamento delle scienze biologiche e mediche. Grazie a queste tecniche, i ricerca- tori possono ora esplorare i processi biologici con una precisione senza precedenti, aprendo la strada a nuove scoperte e terapie innovative.