Новая платформа позволяет управлять клеточной сигнализацией с помощью электричества

Автор: Angewandte Chemie (2025). DOI: 10.1002/ange.202508192

Клетки используют различные сигнальные молекулы для регуляции нервной, иммунной и сосудистой систем. Среди них важную роль играют оксид азота (NO) и аммиак (NH₃), однако их химическая нестабильность и газообразная природа затрудняют внешнее управление этими веществами.

Исследовательская команда KAIST разработала платформу, которая генерирует специфические сигнальные молекулы непосредственно в клетках из одного предшественника под действием электрического сигнала. Это позволяет точно контролировать клеточные реакции во времени и пространстве, подобно переключателю. Технология может стать основой для будущих медицинских разработок, таких как «электроцефалопрепараты», электрогенетика и персонализированная клеточная терапия.

Группа под руководством профессора Чимина Парка из Департамента химической и биомолекулярной инженерии в сотрудничестве с командой профессора Джихана Кима создала биоэлектросинтетическую платформу, способную по требованию производить либо оксид азота, либо аммиак, используя только электрический сигнал. Платформа позволяет контролировать время, пространственный диапазон и продолжительность клеточных реакций.

Результаты исследования опубликованы в журнале Angewandte Chemie.

Вдохновившись ферментами, участвующими в восстановлении нитритов, исследователи разработали электрохимическую стратегию, которая избирательно производит оксид азота или аммиак из одного предшественника — нитрита (NO₂^⁻). Изменяя катализатор, команда смогла генерировать аммиак или оксид азота из нитрита, используя катализаторы на основе меди-молибдена-серы (Cu₂MoS₄) и железа (FeCuMoS₄).

Автор: Angewandte Chemie (2025). DOI: 10.1002/ange.202508192

Команда продемонстрировала биологическую функциональность платформы, активируя ионные каналы в человеческих клетках. Электрохимически произведённый оксид азота активировал TRPV1-каналы (реагирующие на тепло и химические стимулы), а аммиак вызывал внутриклеточное защелачивание и активацию OTOP1-протонных каналов. Изменяя напряжение и продолжительность электролиза, исследователи регулировали начало, пространственный охват и завершение клеточных реакций, фактически включая и выключая клеточную сигнализацию, как переключатель.

Профессор Парк отметил: «Эта работа важна, поскольку позволяет точно управлять клетками, избирательно производя сигнальные молекулы с помощью электричества. Мы считаем, что у неё большой потенциал для применения в электроцефалопрепаратах, направленных на нервную систему или метаболические нарушения».

Дополнительная информация: Мёнён Ли и др., Bioelectrosynthesis of Signaling Molecules for Selective Modulation of Cell Signaling, Angewandte Chemie (2025). DOI: 10.1002/ange.202508192

Источник: Корейский институт передовых технологий (KAIST)