生物偶聯工具設計的傳統標準之一是與水具有兼容性,因此人們發展了各種巧妙的方法克服有機化學反應在水中發生的困難。
離子液體由于其組成結構的特殊性,介于水相和有機相之間,既具有生物大分子等的兼容性,又具有有機反應的兼容性,因此,能夠實現傳統水相生物標記過程中難以實現的反應。盡管其已被越發廣泛地研究和使用。
研究人員使用的離子液體是基于吡咯烷的離子液體 1-丁基-1-甲基吡咯烷三氟甲磺酸鹽 (BMPy OTf),這種非質子型的離子液體具有良好的化學穩定性且能夠穩定蛋白質。作者發現,在BMPy OTf中,三苯基膦可以誘導蛋白質胺基與烷基疊氮化合物的偶聯反應。
首先,研究人員使用小肽血管緊張素II肽與烷基疊氮化合物進行測試,使用NMR等手段表征了偶聯反應的發生及產物四氮烯化合物的生成。隨后,研究人員將反應拓展到多種多肽底物上,發現該反應具有較高的轉化率,且疊氮與氨基的偶聯具有烷基胺的高度特異性,與咪唑、胍基、氨基甲酸酯和羥基等均兼容。接下來,研究人員將該偶聯運用到蛋白和烷基疊氮化合物上,并篩選得到更溫和的如37攝氏度,2小時這樣的反應條件。該生物偶聯策略在4-50多kDa之間的多種蛋白上均具有較高的反應轉化率(最低72%),且經質譜鑒定,主要在賴氨酸上的氨基進行。使用生物偶聯后的鏈霉親和素進行蛋白活性的測定,發現該反應基本不影響鏈霉親和素和生物素之間的結合,即對該生物大分子的功能基本沒有影響。最后,研究人員將此生物偶聯運用到分子量更大/結構更復雜的抗體-藥物偶聯方面,也成功實現了曲妥珠單抗與拓撲異構酶抑制劑SN-38的偶聯且不影響抗體對抗原的識別。