Química combinatoria

A química combinatoria comprende métodos de síntese química que fan posible preparar un gran número (decenas, miles ou mesmo millóns) de compostos nun só proceso. Estas bibliotecas de compostos poden facerse como mesturas, conxuntos de compostos individuais ou estruturas químicas xeradas por software de computador. A química combinatoria pode usarse para a síntese de pequenas moléculas e de péptidos.

As estratexias que permiten a identificación dos compoñentes útiles das bibliotecas forman tamén parte da química combinatoria. Os métodos usados en química combinatoria aplícanse tamén fóra do campo da química.

 Introdución 
O principio básico da química combinatoria é preparar bibliotecas dun número moi grande de compostos e identificar aqueles que son útiles como posibles fármacos ou agroquímicos. Isto depende do cribado de alto rendemento, que ten a capacidade de avaliar a produción a escala suficiente.

Aínda que a química combinatoria en realidade só foi adoptada pola industria desde a década de 1990s, as súas raíces poden remontarse á década de 1960 cando un investigador da Universidade Rockefeller, Bruce Merrifield, comezou a investigar a síntese en fase sólida de péptidos. A síntese de péptidos de modo combinatorio orixina rapidamente un gran número de moléculas. Usando os vinte aminoácidos naturais, por exemplo, nun tripéptido crea 8.000 (203) posibilidades. Introducíronse despois os métodos en fase sólida para pequenas moléculas e Furka ideou unha estratexia de "separar e mesturar".

Na súa forma moderna, a química combinatoria probablemente tivo o seu maior impacto na industria farmacéutica. Os investigadores que están intentando optimizar o pefil de actividade dun composto crean unha "biblioteca" de moitos compostos diferentes pero relacionados. Os avances na robótica levaron a aplicar unha estratexia industrial á síntese combinatoria, facilitando que as empresas produzan rutinariamente uns 100.000 compostos novos únicos por ano.Jeffrey W. Noonan et al. "Advancing Parallel Solution Phase Library Synthesis through Efficient Purification, Quantitation, and Characterization Techniques"  Journal of Laboratory Automation, 48 (1992) 3789].

Para manexar o enorme número de posibilidades estruturais, a miúdo créase unha "biblioteca virtual", unha enumeración computacional de todas as posibles estruturas dun farmacóforo dado con todas os reactivos dispoñibles.E. V.Gordeeva et al. "COMPASS program - an original semi-empirical approach to computer-assisted synthesis"  Tetrahedron, 48 (1992) 3789].  Unha biblioteca como esa pode consistir en miles de millóns de compostos "virtuais". O investigador selecciona un subconxunto da "biblioteca virtual" para a síntese real, baseándose en varios cálculos e criterios (ver ADME, química computacional e relacións estrutura-actividade cuantitativas (QSAR)). 

En 1996, na compañía Parke-Davis Pharmaceutical Research, o científico Anthony Czarnik dirixiu unha investigación e informou do primeiro uso de automatización na síntese de bibliotecas de compostos. Como editor fundador da revista American Chemical Society's Journal of Combinatorial Chemistry, tamén liderou a investigación de etiquetas RFID para escoller dianas na síntese de bibliotecas de compostos.

 Polímeros (péptidos e oligonucleótidos) 
miniatura|right|250px|Formación de péptidos nos ciclos 3 e 4

 Síntese de separar-mesturar combinatoria (split-mix ou split and pool) 

A síntese de separar-mesturar combinatoria (chamada split-mix ou split and pool) Furka Á, Sebestyén F, Asgedom M, Dibó G. Cornucopia of peptides by synthesis. In Highlights of Modern Biochemistry, Proceedings of the 14th International Congress of Biochemistry.  VSP.Utrecht.1988; 5; p. 47.Á. Furka, F. Sebestyen, M. Asgedom, G. Dibo, General method for rapid synthesis of multicomponent peptide mixtures. Int. J. Peptide Protein Res., 1991, 37, 487-493. está baseada na síntese en fase sólida desenvolvida por Merrifield.Merrifield RB, 1963 J. Am. Chem. Soc. 85, 2149. Se sintitizamos unha biblioteca de  péptidos combinatoria usando 20 aminoácidos (ou outros tipos de bloques moleculares de construción) o soporte sólido co forma de boliñas divídese en 20 porcións iguais. Isto vai seguido do acoplamento cun aminoácido diferente en cada porción. O terceiro paso é a mestura de todas as porcións. Estes tres pasos comprenden un ciclo. A elongación das cadeas de péptidos pode realizarse pola simple repetición dos pasos do ciclo.
miniatura|esquerda|200px|Diagrma de fluxo da síntese combinatoria de separar-mesturar.

O procedemento ilústrase pola síntese dunha biblioteca de dipéptidos usando os mesmos tres aminoácidos como bloques de construción en ambos os ciclos. Cada compoñente desta biblioteca contén dous aminoácidos dispostos en diferente orde. Os aminoácidos usados en acoplamentos son representados por círculos amarelos, azuis e vermellos na figura. As frechas diverxentes mostran a resina de soporte sólido dividíndose (círculos verdes) en proporcións iguais, as frechas verticais indican acoplamento e as frechas converxentes representan a mestura e homoxeneización das porcións do soporte.

A figura mostra que nos dous ciclos sintéticos se forman 9 dipéptidos. No terceiro e cuarto ciclos, formaríanse 27 tripéptidos e 81 tetrapéptidos, respectivamente.

A "síntese de separar-mesturar" ten varias características salientables:

 É moi eficiente. Como demostra a figura, o número de péptidos formado no proceso sintético (3, 9, 27, 81) increméntase exponencialmente co número de ciclos executados. Usando 20 aminoácidos en cada ciclo sintético o número de péptidos formados son: 400, 8.000, 160.000 e 3.200,000, respectivamente.
 No proceso fórmanse todas as secuencias de péptidos que se poden deducir pola combinación dos aminoácidos usados nos ciclos.
 Dividir en porcións o soporte en mostras iguais asegura a formación dos compoñentes da biblioteca en cantidades molares case iguais.
 Só se forma un único péptido en cada boliña do soporte. Esta é a consecuencia de usar só un aminoácido nos pasos de acoplamento. Porén, descoñécese totalmente cal é o péptido que ocupa unha boliña seleccionada.
 O método de separar-mesturar pode usarse para a síntese de bibliotecas orgánicas ou de calquera outro tipo que se poden preparar a partir dos seus bloques de construción nun proceso por pasos.

En 1990 tres grupos describiron métodos para preparar bibliotecas de péptidos por métodos biolóxicosJ. J. Devlin, L. C. Panganiban and P. E. Devlin Science 1990, 249, 404. e un ano despois Fodor et al. publicaron un importante método para a síntese de matrices de péptidos en pequenas placas de cristal.Fodor SP, Read JL, Pirrung MC, Stryer L, Lu AT, Solas D, 1991. Light-directed, spatially addressable parallel chemical synthesis. Science 251, 767-73.

Mario Geysen e colegas desenvolveron un método de "síntese paralela" para a preparación de matrices de péptidos.H. M. Geysen, R. H. Meloen, S. J. Barteling Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1984, 81, 3998. Sintetizaron 96 péptidos en barriñas de plástico (alfinetes pins) cubertos nos seus extremos co soporte sólido. Os alfinetes eran mergullados na solución de reactivos situados en pozos dunha placa microtituladora. O método aplícase amplamente especialmente usando sintetizadores paralelos automáticos. Aínda que o método paralelo é moito máis lento que o combinatorio real, a súa vantaxe é que se coñece exactamente qué péptidos ou outros compostos se forman en cada alfinete.

Desenvolvéronse máis procedementos para combinar as vantaxes da síntese de separar-mesturar e a síntese paralela. No método descrito por dous gruposE. J. Moran, S. Sarshar, J. F. Cargill, M. Shahbaz, A Lio, A. M. M. Mjalli, R. W. Armstrong J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 10787.K. C. Nicolaou, X –Y. Xiao, Z. Parandoosh, A. Senyei, M. P. Nova Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 36, 2289. o soporte sólido estaba encerrado en cápsulas de plástico impermeables xunto cunha etiqueta de radiofrecuencia que levaba o código do composto que se ía formar na cápsula. O procedemento levábase a cabo de xeito similar ao método de separar-mesturar. Porén, no paso de división as cápsulas distribuíanse entre os recipientes de reacción de acordo cos códigos lidos das etiquetas de radiofrecuencia das cápsulas.

Un método diferente para o mesmo propósito desenvolvérono Furka et al.Á. Furka, J. W. Christensen, E. Healy, H. R. Tanner, H. Saneii J. Comb. Chem. 2000, 2, 220. e chámase "síntese en sartas" (string synthesis). Neste método, as cápsulas non levan código. Son ensartadas como perlas dun colar e situadas nos recipientes de reacción en forma de cadeas ou sartas. A identidade das cápsulas, así como os seus contidos, almacénanse polas posicións que ocupaban nas sartas. Despois de cada paso de acoplamento, as cápsulas redistibúense entre novas sartas segundo regras definidas.

 Pequenas moléculas 

No proceso de descubrimento de fármacos, a síntese e avaliación biolóxica de moléculas pequenas de interese foi normalmente un proceso longo e laborioso. A química combinatoria apareceu nas últimas décadas como unha estrtexia para sintetizar de forma eficiente e rápida grandes cantidades de pequenas moléculas posibles candidatas a fármacos. Na síntese típica, só se produce unha única molécula diana ao final do esquema sintético, e cada paso da síntese produce só un único produto. Nunha síntese combinatoria, cando se usa un só material de partida, é posible sintetizar unha gran biblioteca de moléculas usando condicións de reacción idénticas que poden despois cribarse pola súa actividade biolóxica. Este conxunto (pool)  de produtos é despois separado en tres porcións iguais cada unha das cales contén os tres produtos, e despois cada un dos tres conxuntos faise reaccionar con outra unidade de reactivos B, C ou D, producindo 9 compostos únicos a partir dos 3 previos. Este proceso repítese despois ata que se engade o número desexado de bloques de construción moleculares, xerando moitos compostos. Cando se sintetiza unha biblioteca de compostos por unha síntese de múltiples pasos, deben empregarse métodos de reacción eficientes, e se usásemos os métodos de purificación tradicionais despois de cada paso de reacción, os rendementos e eficiencia se verían prexudicados.

A síntese en fase sólida ofrece solucións potenciais para obviar a necesidade dos típicos pasos de temperado (quenching) e purificación que se adoitan usar en química sintética. En xeral, adhírese unha molécula de partida a un soporte sólido (xeralmente un polímero insoluble), despois realízanse as reaccións adicionais, e o produto final purifícase e despois sepárase do soporte sólido. Como as moléculas de interese están unidas a un soporte sólido, é posible reducir a purificación despois de cada reacción a un só paso de filtración/lavado, eliminando a necesidade dos pasos da tediosa extracción líquido-líquido e da evaporación do solvente que se deben facer na maioría dos casos na química sintética. Ademais, usando reactivos heteroxéneos, pode utilizarse o exceso de reactivos para impulsar a finalización de reaccións moi lentas, o can pode mellorar máis o rendemento. Os reactivos en exceso poden simplemente retirarse por lavado sen que haxa que seguir pasos adicionais de purificación como a cromatografía.
miniatura|Uso dunha poliamina en soporte sólido para eliminar o exceso de reactivo.
Co paso dos anos foron desenvolvéndose diversos métodos para refinar o uso da síntese orgánica de fase sólida na química combinatoria, incluíndo os intentos de incrementar a facilidade da síntese e da purificación, así como métodos non tradicionais para caracterizar produtos intermediarios. Aínda que a maioría dos exemplos descritos aquí empregan métodos de reacción heteroxéneos en cada paso de reacción, Booth e Hodges proporcionan un exemplo inicial do uso de reactivos en soporte sólido só durante o paso de purificación das sínteses en fase de solución tradicional. Na súa opinión, a química en fase de solución ofrece as vantaxes de evitar as reaccións de adhesión e de separación ou clivaxe que cómpren para ancorar e retirar as moléculas das resinas e elimina ter que recrear análogos en fase sólida de reaccións en fase de solución establecidas.

O paso de purificación único ao final da síntese permite a eliminación de impurezas, supoñendo que se coñeza a estrutura química da impureza indesexada. Aínda que o uso de reactivos en soporte sólido simplifica moito a síntese de compostos, moitas sínteses combinatorias requiren múltiples pasos, cada un dos cales segue necesitando algunha forma de purificación. Armstrong, et al. describiron un método nun só recipiente para xerar bibliotecas combinatorias, chamadas condensacións de compoñentes múltiples (MCCs). Neste esquema, reaccionan tres ou máis reactivos de tal xeito que cada reactivo se incorpora no produto final nun só paso, eliminando a necesidade de sínteses de moitos pasos que implican moitos pasos de purificación. Nas MCCs, non hai necesidade de desconvolución para determinar qué compostos son bioloxicamente activos porque cada síntese nunha matriz ten só un único produto, así a identidade do composto debería coñecerse inequivocamente.
miniatura|Exemplo dunha tinguidura en soporte en fase sólida para sinalizar a unión dun ligando.
Noutra síntese en matriz, tamén se xeran grandes bibliotecas de oligopéptidos por síntese de separación. O inconveniente de xerar miles de compostos é a dificultade de determinar a estrutura dos compostos formados. A súa solución é usar etiquetas moleculares, onde se adhire ás boliñas unha pequena cantidade (1 pmol/boliña) dunha tinguidura, e a identidade dunha certa boliña pode determinarse analizando as etiquetas que están presentes na boliña. A pesar do facilmente que as etiquetas que se adhiren fan a identificación dos receptores, sería case imposible cribar individualemnte cada composto pola súa capacidade de unión ao receptor, así que se engade unha tinguidura a cada receptor, para que soamente aqueles receptores que se unan aos seus substratos produzan un cambio de cor.

Cando se deben facer moitas reaccións nunha matriz (como as 96 reaccións descritas nunha das matrices MCC de Armstrong), algúns dos aspectos máis tediosos da síntese poden ser automatizados para mellorar a eficiencia. Neste traballo, o "método DIVERSOMER" foi pioneiro en Parke-Davis a inicios da década de 1990 en realizar ata 40 reaccións químicas en paralelo. Estes esforzos levaron a crear o primeiro equipo dispoñible comercialmente para a química combinatoria (o sintetizador Diversomer que vendía Chemglass) e o primeiro uso de robótica de manexo de líquidos nun laboratorio químico. Este método usa un aparello que automatiza a carga da resina e os ciclos de lavado, así como a monitorización do ciclo de reaccións e a purificación, e demostrou a factibilidade dos seus métodos e aparellos ao usalos para sintetizar diversas clases de moléculas, como as hidantoínas e as benzodiazepinas, realizando 8 ou 40 reaccións individuais en paralelo. Isto e varios outros esforzos pioneiros en química combinatoria apareceron en artigos que son "clásicos" neste campo en 1999.

Frecuentemente, non é posible usar un equipamento caro, e Schwabacher, et al. describiron un método simple de combinar a síntese paralela de bibliotecas e a avaliación de bibliotecas enteiras de compostos. No seu método, un filamento que se particiona en diferentes rexións enróscase nun cilindro, onde se acopla despois un reactivo diferente a cada rexión que porta só unha única especie química. O filamento é despois volto a dividir e a enroscar nun cilindro de diferente tamaño, e este proceso repítese. A beleza deste método é que a identidade de cada produto pode coñecerse simplemente pola súa localización ao longo do filamento, e a actividade biolóxica correspondente identifícase por transformada de Fourier de sinais fluorescentes.
miniatura|Uso dun enlazador que non deixa trazas.

Na maioría das sínteses descritas aquí, é necesario adherir e retirar despois o reactivo iniciador a/do soporte sólido. Isto pode levar á xeración dun grupo hidroxilo, que potencialmente pode afectar a actividade biolóxica dun composto diana. Ellman usa soportes de fase sólida nun esquema de síntese de múltiples pasos para obter 192 derivados 1,4-benzodiazepina, que son axentes terapéuticos ben coñecidos. Para eliminar a posibilidade dunha interferencia dos grupos hidroxilo, hai un novo método que usa química de silil-arilo para unir as moléculas ao soporte sólido que o separa do soporte e non deixa trazas do enlazador.
miniatura|Compostos que poden sintetizarse a partir de iminas unidas á fase sólida.
Cando se ancora unha molécula a un soporte sólido, os intermediarios non se poden illar sen clivar a molécula da resina. Como moitas das técnicas de caracterización tradicional usadas para rastrear o progreso da reacción e confirmar a estrutura do produto están baseados en disolucións, deben usarse técnicas diferentes. Para confirmar a estrutura e monitorizar o progreso das reaccións en fase sólida usáronse a espectroscopia de RMN 13C en fase de xel, a espectroscopia de masas MALDI e a espectroscopia de infravermellos. Gordon et al., describen varios estudos de casos que utilizan iminas e peptidil fosfonatos para a xeración de bibliotecas combinatorias de pequenas moléculas. Para xerar a biblioteca de iminas, un aminoácido ligado a unha resina faise reaccionar en presenza dun aldehido. Os autores demostran o uso de espectroscopia de RMN 13C rápida en fase de xel e espectroscopia RMN 1 H de spinning de ángulo máxico para monitorizar o progreso das reaccións e mostaron que a maioría das iminas poderían formarse en só 10 minutos a temperatura dunha habitación cando se usaba como solvente o trimetl ortoformato. As iminas formadas foron despois derivadas para xerar 4-tiazolidinonas, B-lactamas e pirrolidinas.

O uso de soportes en fase sólida simplifica moito a síntese de grandes bibliotecas combinatorias de compostos. Isto faise ancorando un material de inicio a un soporte sólido e despois realizando as seguintes reaccóns ata que se constrúe unha biblioteca suficientemente grande, despois do cal os produtos son retirados do soporte. O uso de purificación en fase sólida tamén se comprobou para o uso de esquemas de síntese en fase de solución en conxunción con técnicas de purificación de extracción líquido-líquido estándar.

 Desconvolución e cribado 

 Bibliotecas combinatorias 
As bibliotecas combinatorias son mesturas de múltiples compoñentes especiais de compostos químicos que son pequenas moléculas que se sintetizan nun proceso dun só paso. Difiren das coleccións de composos individuais así como das series de compostos preparados por síntese paralela. Unha característica importante é que na súa síntese se usan mesturas. O uso de mesturas asegura a eficiencia moi alta do proceso. Ambos os reactivos poden ser mesturas e nese caso o procedemento sería aínda máis eficiente. Porén, por razóns prácticas é aconsellable usar o método de separar-mesturar no cal unha das dúas mesturas é substituída por bloques de construción moleculares únicos. As mesturas son tan importantes que non hai bibliotecas combinatorias que non usen mesturas na síntese, e se unha mestura se usa nun proceso inevitablemente se forma unha biblioteca combinatoria. A síntese de separar-mesturar realízase normalmente usando soporte sólido, mais tamén é posible facela en solución. Como as estruturas dos compoñentes son descoñecidas, cómpren métodos de desconolución para o cribado. Unha das características máis importantes das bibliotecas combinatorias é que se pode cribar a mestura completa nun só proceso. Isto fai que estas bibliotecas sexan moi útiles en investigación farmacéutica. Tamén se poden sintetizar bibliotecas parciais de bibliotecas combinatorias completas. Algunhas delas poden usarse na desconvolución.A. Furka Sub-Library Composition of Peptide Libraries. Potential Application in Screening. Drug Development Research 33, 90-97 (1994).

 Desconvolución de bibliotecas clivadas do soporte sólido 
Se se clivan separándoas do soporte solido as moléculas sintetizadas dunha biblioteca combinatoria, fórmase unha mestura soluble. En ditas solucións, poden encontrarse millóns de compostos diferentes. Cando se desenvolveu este método sintético, primeiro parecía imposible identificar as moléculas para atopar moléculas con propiedades útiles. Porén, desenvolvéronse estratexias para a identificación dos compoñentes útiles para resolver o problema. Todas estas estratexias están baseadas na síntese e testado de bibliotecas parciais. Unha estratexia iterativa inicial foi ideada por Furka en 1982. O método foi posteriormente publicada independentemente por Erb et al. co nome "Desconvolución repetitiva" ("Recursive deconvolution").Erb E, Janda KD, Brenner S (1994) Recursive deconvolution of combinatorial chemical libraries Proc. Natl Acad Sci.USA 91; 11422-11426.
miniatura|esquerda|350px|A desconvolución repetitiva. Os círculos azuis, amarelos e vermellos son os aminoácidos; os círculos verdes son os soportes sólidos.

 Desconvolución repetitiva 

O método móstrase na figura. Sintetízase unha biblioteca de péptidos de 27 membros a partir de tres aminoácidos. Despois do primeiro (A) e segundo (B) ciclos, as mostras apártanse antes de mesturalas. Os produtos do terceiro ciclo (C) son clivados antes de mesturalos e testar a súa actividade. Suponse que o grupo etiquetado co signo + é activo. Todos os membros teñen o aminoácido vermello na última posición de acoplamento (CP). En consecuencia, o membro activo tamén ten o aminoácido vermello na última posición de acoplamento. Despois, o aminoácido vermello está acoplado a tres mostras que se separan despois do segundo ciclo (B) para obter as mostras D. Despois de clivar, fórmanse as tres mostras E. Se despois de testar a mostra marcada con + é o activo, isto indica que o aminoácido azul ocupa a segunda posición de acoplamento no compoñente activo. Despois acóplase ás tres mostras A primeiro o aminoácido azul e despois o vermello (F), entón son testadas de novo despois de clivar (G). Se o compoñente + demostra ser activo, a secuencia do compoñente activo determínase como se indica en H.

 Escaneamento posicional 
O escaneamento posicional introducírono independentemente Furka et al.Furka Á, Sebestyén F, WC 93/24517, 1993. e Pinilla et al.Pinilla C, Appel JR, Blanc P, Houghten RA (1993) Rapid identification of high affinity peptide ligands using positional scanning synthetic peptide combinatorial libraries. BioTechniques 13(6); 901-5. O método está baseado na síntese e testado de series de subbibliotecas, nas cales unha certa posición da secuencia está ocupada polo mesmo aminoácido. A figura mostra as nove subbibliotecas (B1-D3) dunha biblioteca trímera de péptidos completa (A) feita a partir de tres aminoácidos. Nas subbibliotecas hai unha posición que está ocupada polo mesmo aminoácido en todos os compoñentes. Na síntese dunha subbiblioteca o soporte non é dividido e só se acopla un aminoácido á mostra completa. Como resultado, en todos os compoñentes unha posición está realmente ocupada polo mesmo aminoácido. Por exemplo, na subbiblioteca B2 a posición 2 está ocupada polo aminoácido "amarelo" en todos os seus nove compoñentes. Se nun test de cribado unha subbiblioteca dá unha resposta positiva, iso significa que a posición 2 no péptido activo está tamén ocupada polo aminoácido "amarelo". A secuencia de aminoácidos pode determinarse testando as nove (ou ás veces menos) subbibliotecas. 
miniatura|esquerda|400px|Escaneamento posicional. Biblioteca de péptidos trímera completa feita a partir de 3 aminoácidos e as súas 9 subbibliotecas. A primeira ringleira mostra as posicións de acoplamento.
miniatura|460px|Unha biblioteca de tripéptidos completa de 27 membros e as tres bibliotecas de omisión. Os círculos de cor son aminoácidos.

 Bibliotecas de omisión 
Nas bibliotecas de omisiónCarell TE, Winter A, Rebek J Jr. (1994) A Novel Procedure for the Synthesis of Libraries Containing Small Organic Molecules, Angew Chem Int Ed Engl 33; 2059-2061.Câmpian E, Peterson M, Saneii HH, Furka Á, (1998) Deconvolution by omission libraries, Bioorg &[ Med Chem Letters 8; 2357-2362. un determinado aminoácido falta en todos os péptidos da mestura. A figura mostra a biblioteca completa e as tres bibliotecas de omisión. Na parte superior móstranse os aminoácidos omitidos. Se a biblioteca de omisión dá un test con resultado negativo, o aminoácido omitido está presente no compoñente activo.

 Desconvolución de bibliotecas combinatorias ligadas 
Se os péptidos non son clivados e retirados do soporte sólido teremos unha mestura de boliñas, cada unha das boliñas contén un só péptido. Smith e os seus colegasJ. A. Smi th J. G. R. Hurrel, S. J. Leach A novel method for delineating antigenic determinants: peptide synthesis and radioimmunoassay using the same solid support. Immunochemistry 1977, 14, 565. mostraron previamente que os péptidos podían testarse tamén en forma ligada. Esta estratexia tamén se usou en bibliotecas de péptidos de cribado. A biblioteca de péptidos ligados testouse cunha proteína diana disolta. Recóllense as boliñas ás cales estaban unidas as proteínas, retírase a proteína da boliña e despois o péptido ligado identifícase por secuenciación. Unha estratexia algo diferente foi a seguida por Taylor e Morken.S. J. Taylor, J. P. Morken Thermographic Selection of Effective Catalysts from an Encoded Polymer-Bound Library Science 1998, 280, 267. Usaron termografía infravermella para identificar catalizadores en bibliotecas ligadas a compostos que non son péptidos. O método está baseado na calor que se orixina nas boliñas que conteñen un catalizador cando a biblioteca ligada está inmersa nunha solución dun substrato. Cando se examinan as boliñas por microscopio de infravermellos as boliñas que conteñen catalizador aparecen como puntos brillantes e poden ser identificadas.

 Bibliotecas combinatorias codificadas 
Se tratamos cunha biblioteca de bibliotecas orgánica de non-péptidos, non é tan simple determinar a identidade do contido dunha boliña coma no caso dunha biblioteca de péptidos. Para sortear esta dificultade, desenvolvéronse métodos para unir ás boliñas, en paralelo coa síntese da biblioteca, moléculas que codifican a estrutura do composto formado na boliña. 
Ohlmeyer e os seus colegas publicaron un método de codificación binariaOhlmeyer MHJ, Swanson RN, Dillard LW, Reader JC, Asouline G, Kobayashi R, Wigler M, Still WC (1993) Complex synthetic chemical libraries indexed with molecular tags, Proc Natl Acad Sci USA 90; 10922-10926. Usaron mesturas de 18 moléculas etiquetadoras que despois de clivalas das boliñas podían identificarse por cromatografía de gas de captura de electróns. Sarkar et al. describiron oligómeros quirais de amidas pentenoicas (COPAs) que se poden usar par construír bibliotecas OBOC codificadas en masa.Sarkar M, Pascal BD, Steckler C, Aquino C., Micalizio GC, Kodadek T, Chalmers MJ (1993) Decoding Split and Pool Combinatorial Libraries with Electron Transfer Dissociation Tandem Mass Spectrometry, J Am Soc Mass Spectrom 24(7): 1026-36. 
Kerr et al. introduciron un método de codificación innovador.Kerr JM, Banville SC, Zuckermann RN (1993) Encoded Combinatorial Peptide Libraries Containing Non-Natural Amino Acids, J Am Chem. Soc 115; 2529-2531. Ligouse ás boliñas un enlazador (linker) bifuncional retirable protexido ortogonalmente. Un extremo do enlazador usouse para unir os bloques de construción moleculares non naturais da biblioteca, mentres que no outro extremo ligáronse tripletes de aminoácidos codificantes. Os bloques de construción eran aminoácidos non naturais e a serie dos seus tripletes de aminoácidos codificantes podía determinarse pola degradación de Edman. O aspecto importante deste tipo de codificación era a posibilidade de clivar e retirar das boliñas os membros da biblioteca xunto coas súas etiquetas codificantes unidas formando unha biblioteca soluble. A mesma estratexia utilizárona Nikolajev et al. para codificar con péptidos.Nikolaiev V, Stierandová A, Krchnák V, Seligmann B, Lam KS, Salmon SE, Lebl M, (1993) Peptide-encoding for structure determination of nonsequenceable polymers within libraries synthesized and tested on solid-phase supports, Pept Res. 6(3):161-70. 
En 1992 Brenner e Lerner introduciron secuencias de ADN para codificar as boliñas do soporte sólido que demostraron ser o método de codificación con maior éxito.Brenner S, Lerner RA. (1992) Encoded combinatorial chemistry. Proc Natl Acad Sci USA 89; 5381–5383.  Nielsen, Brenner e Janda tamén usaron a estratexia de Kerr para aplicar a codificación con ADN.Nielsen J, Brenner S, Janda KD. (1993) Synthetic methods for the implementation of encoded combinatorial chemistry. Journal of the American Chemical Society, 115 (21); 9812–9813.
Nos tempos máis recentes houbo importantes progresos na secuenciación do ADN. As técnicas de seguinte xeración fixeron posible secuenciar gran número de mostras en paralelo, o que é moi importante no cribado de bibliotecas codificadas con ADN. Houbo outra innovación que contribuíu ao éxito do codificación con ADN. En 2000 Halpin e Harbury prescindiron do soporte sólido na síntese de separar-mesturar de bibliotecas combinatorias codificadas con ADN e substituírono polos oligómeros de ADN codificantes. Na síntese de separar-mesturar en fase sólida o número de compoñentes das bibliotecas non pode exceder o número de boliñas do soporte. Grazas á nova estratexia dos autores, eliminouse esta restrición e iso fixo posible preparar novos compostos en número practicamente ilimitado.Harbury DR, Halpin DR (2000) WO 00/23458. A compañía danesa Nuevolution, por exemplo, sintetizou unha biblioteca codificada con ADN que contiña 40 billóns (!) de compoñentes.B. Halford How DNA-encoded libraries are revolutionizing drug discovery. C&EN 2017, 95, Issue 25.
As bibliotecas codificadas con ADN son solubles, o que fai posible aplicar a unión de afinidade eficiente no cribado. Algúns autores utilizan o acrónimo DEL e outros o DECL, acrónimos en inglés de DNA encoded (combinatorial) libraries (bibliotecas combinatorias codificadas con ADN). O acrónimo DECL parece mellor, xa que indica claramente no seu nome a natureza combinatoria destas bibliotecas.
Introducíronse e describíronse varios tipos de bibliotecas combinatorias codificadas con ADN na primeira década do actual milenio. Estas bibliotecas están aplicando con grande éxito na investigación de fármacos. Salientaremos as seguintes:
 Síntese con molde de ADN de bibliotecas combinatorias, descrita en 2001 por Gartner et al.Gartner ZJ, Tse BN, Grubina RB, Doyon JB, Snyder TM, Liu DR (2004) DNA-Templated Organic Synthesis and Selection of a Library of Macrocycles, Science 305; 1601-1605.
 Bibliotecas combinatorias codificadas con ADN de farmacóforo dual, inventadas en 2004 por Mlecco et al.Melkko S, Scheuermann J, Dumelin CE, Neri D (2004) Encoded self-assembling chemical libraries Nat Biotechnol 22; 568-574.
 Enrutamento codificado por secuencia (sequence encoded routing) publicado por Harbury Halpin e Harbury en 2004.Halpin DR, Harbury PB (2004) DNA Display I. Sequence-Encoded Routing of DNA Populations, PLoS Biology 2; 1015-102.
 Bibliotecas combinatorias codificadas con ADN dun só farmacóforo, introducidas en 2008 por Manocci et al.Mannocci L, Zhang Y, Scheuermann J, Leimbacher M, De Bellis G, Rizzi E, Dumelin C, Melkko S, and Neri N (2008) High-throughput sequencing allows the identification of binding molecules isolated from DNA-encoded chemical libraries, Proc Natl Acad Sci USA 105;17670–17675.
 Bibliotecas combinatorias codificadas con ADN formadas usando reactor a escala de ioctolitro (10−24), publicado por Hansen et al. en 2009Hansen MH, Blakskjær P, Petersen LK, Hansen TH, Højfeldt JW, Gothelf KV, HansenNJV (2009) A Yoctoliter-Scale DNA Reactor for Small-Molecule Evolution (2009) J Am Chem Soc 131; 1322-1327.
Encóntranse detalles sobre a súa síntese e aplicación na páxina biblioteca química codificada con ADN.

Porén, as librarías combinatorias solubles codificadas con ADN teñen tamén inconvenientes. En primeiro lugar, a vantaxe do uso dun soporte sólido desparece completamente. Ademais, o carácter poliiónico das cadeas codificantes de ADN limita a utilidade de solventes non acuosos na síntese. Por esta razón moitos laboratorios elixen desenvolver reaccións compatibles co ADN para usalas na síntese de DECLs. Algúns dos que se dispón xa están descritos.Luk KC,  Satz AL (2014) DNA‐Compatible Chemistry in: Goodnow Jr. RA Editor A Handbook for DNA‐Encoded Chemistry: Theory and Applications for Exploring Chemical Space and Drug Discovery, Wiley, pp 67-98.Satz AL, Cai J, Chen Y,§, Goodnow R, Felix Gruber F, Kowalczyk A, Petersen A, Naderi-Oboodi G, Orzechowski L, Strebel Q (2015) DNA Compatible Multistep Synthesis and Applications to DNA Encoded Libraries Bioconjugate Chem 26; 1623−1632.Li Y, Gabriele E, Samain F, Favalli N, Sladojevich F, Scheuermann J, Neri D (2016) Optimized reaction conditions for amide bond formation in DNA-encoded combinatorial libraries, ACS Comb Sci 18(8); 438–443.

 Ciencia dos materiais 
A ciencia dos materiais aplicou as técnicas da química combinatoria ao descubrimento de novos materiais. Os pioneiros nestes traballos foron P.G. Schultz et al. na metade da década de 1990 X. -D. Xiang et al. "A Combinatorial Approach to Materials Discovery" Science 268 (1995) 1738 no contexto de materiais luminescentes obtidos por codeposición de elementos nun substato de silicio. O seu traballo foi precedido polo de J. J. Hanak en 1970J.J. Hanak, J. Mater. Sci, 1970, 5, 964-971 pero as ferramentss robóticas e de computador non estaban dispoñibles para que este método se espallase naquel momento. O traballo continuárono varios grupos académicosCombinatorial methods for development of sensing materials, Springer, 2009. V. M. Mirsky, V. Kulikov, Q. Hao, O. S. Wolfbeis. Multiparameter High Throughput Characterization of Combinatorial Chemical Microarrays of Chemosensitive Polymers. Macromolec. Rap. Comm., 2004, 25, 253-258H. Koinuma et al. "Combinatorial solid state materials science and technology" Sci. Technol. Adv. Mater. 1 (2000) 1 descarga libreAndrei Ionut Mardare et al.  "Combinatorial solid state materials science and technology" Sci. Technol. Adv. Mater. 9 (2008) 035009 descarga libre así como por compañías con grandes programas de investigación e desenvolvemento (Symyx Technologies, GE, Dow Chemical etc.). A técnica utilizouse amplamente para a catálise,Applied Catalysis A, Volume 254, Número 1, Páxinas 1-170 (10 de novembro de 2003) recubrimentos,J. N. Cawse et al., Progress in Organic Coatings, Volume 47, Número 2, agosto de 2003, Páxinas 128-135 electrónica,Combinatorial Methods for High-Throughput Materials Science,
MRS Proceedings Volume 1024E, Fall 2007 e moitos outros campos.Combinatorial and Artificial Intelligence Methods in Materials Science II, MRS Proceedings Volume 804, outono de 2004 A aplicación de ferramentas informáticas apropiadas é fundamental para manexar, administrar e almacenar o vastos volumes de datos producidos.QSAR and Combinatorial Science, 24, Número 1 (febreiro de 2005) Desenvolvéronse novos tipos de métodos de deseño de experimentos para afrontar eficientemente os grandes espazos experimentais que poden ser abordados usando métodos combinatorios.J. N. Cawse, Ed., Experimental Design for Combinatorial and High Throughput Materials Development , John Wiley and Sons, 2002.

 Bibliotecas orientadas á diversidade 
Aínda que a química combinatoria foi unha parte esencial dos primeiros descubrimentos de fármacos por máis de dúas décadas, ata agora só se aprobou pola FDA un só composto sintetizado por química combinatoria "de novo" para uso clínico (sorafenib, un inhibidor da multiquinase indicado para o cancro renal avanzado).D. Newman and G. Cragg "Natural Products as Sources of New Drugs over the Last 25 Years" J Nat Prod 70 (2007) 461 A análise da escasa taxa de éxito desta estratexia suxeriuse que conecta co espazo químico bastante limitado cuberto polos produtos da química combinatoria.M. Feher and J. M. Schmidt "Property Distributions: Differences between Drugs, Natural Products, and Molecules from Combinatorial Chemistry"  J. Chem. Inf. Comput. Sci., 43 (2003) 218] Cando se comparan as propiedades de compostos en bibliotecas de química combinatoria coas de fármacos aprobados e produtos naturais, Feher e Schmidt sinalaron que as bibliotecas de química combinatoria padecen especialmente dunha falta de quiralidade, así como de rixidez de estrutura, e ambas as cousas son amplamente consideradas como propiedades típicas dos fármacos. Se ben o descubrimento de fármacos produtos naturais probablemente non foi a tendencia máis de moda na industria farmacéutica en tempos recentes, unha gran proporción de novas entidades químicas aínda son compostos derivados da natureza, e así, suxeriuse que a efectividade da química combinatoria podería mellorarse potenciando a diversidade química das bibliotecas de cribado.Su QB, Beeler AB, Lobkovsky E, Porco JA, Panek JS "Stereochemical diversity through cyclodimerization: Synthesis of polyketide-like macrodiolides." Org Lett 2003, 5:2149-2152. Como a quiralidade e a rixidez son as dúas características máis importantes que distinguen os fármacos aprobados como produtos naturais dos compostos das bibliotecas de química combinatoria, estes son os dous aspectos priorizados nas chamadas bibliotecas orientadas á diversidade, é dicir, coleccións de compostos que pretenden cubrir o espazo químico, en vez de simplemente un enorme número de compostos.

 Subclase da clasificación de patentes 
Na 8ª edición da Clasificación Internacional de Patentes (IPC, do inglés InternaInternational Patent Classification), que entrou en vigor o 1 de xaneiro de 2006, creouse unha clase especial para a solicitude de patentes e as patentes relacionadas con inventos no dominio da química combinatoria: "C40B".

 Notas 

 Véxase tmén 
 Ligazóns externas 
"Glossary of Terms Used in Combinatorial Chemistry" da IUPAC
ACS Combinatorial Science (antes Journal of Combinatorial Chemistry)
Combinatorial Chemistry Review
Molecular Diversity
Combinatorial Chemistry and High Throughput Screening
Combinatorial Chemistry: unha revista en liña
SmiLib - Un software de fonte aberta libre para a enumeración de bibliotecas combinatorias
GLARE - Un software de fonte aberta libre para o deseño de bibliotecas combinatorias


Categoría:Quimioinformática
Categoría:Descubrimento de fármacos
Categoría:Ciencia dos materiais
Categoría:Combinatoria