สำหรับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ประจำปี ค.ศ. 2022 นั้นได้แก่ เรื่องราวของ “การพัฒนาองค์ความรู้ Click Chemistry และ Bioorthogonal Chemistry” ซึ่งหากให้เปรียบเทียบให้เห็นภาพและเข้าใจได้ง่ายขึ้น คือ การที่โมเลกุลของสารเคมีถูกนำมาต่อเติมหรือเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ด้วยโมเลกุลของสารเคมีชนิดอื่น ผ่านขั้นตอนหรือปฏิกิริยาอย่างง่าย เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์เป็นสารเคมีชนิดใหม่ ที่มีประสิทธิภาพ บริสุทธิ์สูงและถูกนำไปต่อยอดทางด้านต่าง ๆ รวมไปถึงการประยุกต์ในสิ่งมีชีวิตอีกด้วย
คาร์ล แบร์รี ชาร์เพลสส์ (Karl Barry Sharpless) และ มอร์เทน เมลดัล (Morten Meldal) ผู้ซึ่งได้รับรางวัลในปีนี้ ได้วางรากฐานในการค้นคว้าวิจัย วิธีการในการต่อเติมหมู่
ฟังก์ชันของสารเคมีผ่าน Click Chemistry เพื่อที่จะสร้างสารเคมีชนิดใหม่ ให้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ แคโรลีน อาร์. เบอร์โตซ์ซี (Carolyn R. Bertozzi) ยังเป็นอีกหนึ่งท่านที่ได้รับรางวัลในปีนี้ด้วยเช่นเดียวกัน จากการที่นำเอาองค์ความรู้ Click chemistry มาประยุกต์ใช้ในมิติใหม่ ที่เรียกว่า Bioorthogonal Chemistry ที่ไม่ใช่เพียงแค่สารเคมีชนิดใหม่ที่เกิดขึ้นเพียงเท่านั้น แต่ยังนำเอามาใช้ประโยชน์กับสิ่งมีชีวิตด้วย
ความน่าสนใจของทั้ง Click Chemistry และ Bioorthogonal Chemistry เป็นอย่างไร ทำไมถึงได้รับรางวัลโนเบล เรามาทำความรู้จักไปพร้อม ๆ กันดีกว่า
ที่มา Nobel Prize
ผลงานของนักวิจัยแต่ละคน
หนึ่งในความท้าทายของนักเคมีทั่วโลก นั่นคือการสังเคราะห์สารเคมีที่มีโครงสร้างซับซ้อนผ่านกระบวนการหรือปฏิกิริยาอย่างง่าย ๆ และให้มีประสิทธิภาพ มีความบริสุทธิ์สูง หากเรามาดูในส่วนของการวิจัยและพัฒนายาหรือเภสัชกรรม จะพบว่ามีสารในธรรมชาติมากมายหลายชนิด ที่มีฤทธิ์ทางยาและช่วยรักษาโรคภัยต่าง ๆ ได้ แต่ถึงอย่างนั้นก็ยังต้องมีอีกหลายขั้นตอน กว่าที่จะได้สารเคมีจากธรรมชาติแบบบริสุทธิ์ ด้วยเหตุนี้จึงมีความพยายามที่จะสังเคราะห์สารเหล่านี้ขึ้นมาให้ได้ ผ่านปฏิกิริยาต่าง ๆ ที่คาดว่าจะรวดเร็วกว่าการได้สารจากธรรมชาติ แต่ถึงอย่างนั้น ในการค้นคว้า ศึกษา วิจัย ยังคงต้องใช้ระยะเวลาและงบประมาณจำนวนมาก ซึ่งเป็นปัญหาที่ยังคงแก้ไม่หาย
คาร์ล แบร์รี ชาร์เพลสส์ ซึ่งปัจจุบันเป็นศาสตราจารย์เคมีอยู่ที่สถาบันวิจัยสคริปปส์ รัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา และยังเป็นผู้ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีเป็นครั้งที่ 2 ในปีนี้ โดยเขาได้รับรางวัลโนเบลครั้งแรกในปี ค.ศ. 2001 ในเรื่องของตัวเร่งปฏิกิริยาแบบไครัล และในปีนี้เป็นรางวัลโนเบลที่มอบให้ผลงานวิจัยที่เกี่ยวกับการค้นพบองค์ความรู้ Click Chemistry โดยชื่อนี้ได้ถูกนิยามไว้ว่า เป็นรูปแบบของปฏิกิริยาเคมี ที่เมื่อมีสารเคมี 2 ชนิดมาทำปฏิกิริยาและเชื่อมต่อโครงสร้างกัน “แบบง่าย ๆ” (เหมือนเข็มขัดกระเป๋าเดินทาง แค่หัวและปลายเข็มขัดเข้าล็อกกันดัง คลิก! ก็จะเชื่อมกันแบบง่าย ๆ โดยที่ไม่หลุด) นอกจากนี้ ปฏิกิริยาที่ว่ายังเกิดอย่างรวดเร็ว และเลี่ยงการเกิดขึ้นผลพลอยได้ที่ไม่ต้องการจากในผลผลิตของปฏิกิริยาได้อีกด้วย
ที่มา DARTMOUTH
ขณะที่ มอร์เทน เมลดัล ศาสตราจารย์ด้านเคมีที่มหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน ประเทศเดนมาร์ค ได้ค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ช่วยในการเกิดปฏิกิริยาไซโคลแอดดิชั่น (Cycloaddition) ระหว่าง สารกลุ่มเอไซด์และแอลไคน์ นั่นก็คือ ทองแดง (Copper) ซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าว ช่วยให้มีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์สารมากยิ่งขึ้น ซึ่งถือได้ว่าเป็นอีกหนึ่งผลงานสำคัญของวงการเคมี ที่ถูกนำไปประยุกต์ใช้ในวงการ ต่าง ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของการพัฒนายา หรือ วัสดุต่าง ๆ ให้เหมาะสมกับความต้องการ
ที่มา American Peptide Society
และขยับไปอีกขั้น เมื่อ แคโรลีน อาร์. เบอร์โตซ์ซี ศาสตราจารย์ทางด้านเคมี-ชีววิทยา ได้นำเอาองค์ความรู้เรื่อง Click Chemistry นี้ไปพัฒนาต่อยอด เพื่อให้สามารถนำหลักการนี้เข้าไปใช้ประโยชน์ หรือเพื่อศึกษากระบวนการการทำงานภายในสิ่งมีชีวิตได้ โดยเรียกว่า ปฏิกิริยา Bioorthogonal ซึ่งแน่นอนว่าปฏิกิริยานี้จะไม่ไปรบกวนปฏิกิริยาเคมีอื่น ๆ ของเซลล์ในสิ่งมีชีวิต โดยปฏิกิริยา Bioorthogonal ที่คุณเบอร์โตซ์ซีศึกษา เริ่มจากการต่อเติมโครงสร้างสารเคมีอย่างน้ำตาลให้มีหมู่ฟังก์ชั่นเอไซด์ และได้นำเข้าสู่เซลล์ โดยไปเชื่อมต่อกับองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ที่เรียกว่า ไกลแคน บนผิวเซลล์อีกต่อหนึ่ง จากนั้นนำเอาสารกลุ่มแอลไคน์ที่ถูกปรับแต่งให้มีสารเรืองแสงติดอยู่ด้วย เมื่อมาทำปฏิกิริยากับเอไซด์บนผิวเซลล์ จะส่งผลให้เกิดการเรืองแสงขึ้น ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา กลุ่มนักวิจัยต่าง ๆ ยังคงทำการศึกษาและพัฒนาปฏิกิริยานี้อย่างต่อเนื่อง เพื่อนำไปใช้กับกระบวนการวินิจฉัยและรักษาโรคให้ดียิ่งขึ้น เช่น นำองค์ความรู้นี้ไปใช้ในการรักษาโรคมะเร็งที่ตรงเป้าหมายในร่างกายมากยิ่งขึ้น โดยไม่ส่งผลกระทบต่อร่างกายส่วนอื่น
ที่มา Chemistry World
ท้ายที่สุดนี้ การพัฒนาองค์ความรู้ Click Chemistry และ Bioorthogonal Chemistry ถือได้ว่าเป็นอีกหนึ่งจุดเปลี่ยนสำคัญของวงการเคมี ชีววิทยา รวมไปถึงเภสัชกรรม ที่มีทั้งความใหม่ สง่างาม ชาญฉลาด และเป็นประโยชน์อย่างมาก ไม่ว่าจะเป็นในแง่ของการปรับปรุง ต่อเติม หรือเปลี่ยนแปลงโครงสร้างสารเคมี ผ่านปฏิกิริยาที่จำเพาะเจาะจง แล้วยังได้มีการประยุกต์ใช้จุดเด่นนี้ ต่อยอดผลประโยชน์ในด้านการแพทย์ สาธารณสุขให้แก่มวลมนุษยชาติอีกด้วย
อ้างอิง
Click Chemistry Azide-Alkyne Cycloaddition
