Les cellules utilisent diverses molécules de signalisation pour réguler les systèmes nerveux, immunitaire et vasculaire. Parmi ceux-ci, l'oxyde nitrique (NO) et l'ammoniac (NH₃) jouent des rôles importants, mais leur instabilité chimique et leur nature gazeuse les rendent difficiles à générer ou à contrôler à l'extérieur. Une équipe de recherche kaist a développé une plate-forme qui génère des molécules de signalisation spécifiques in situ à partir d'un seul précurseur sous un signal électrique appliqué, permettant un contrôle spatio-temporel précis et précis des réponses cellulaires. Cette approche pourrait fournir une base pour les futures technologies médicales telles que les électrocéènes, l'électrogénétique et les thérapies cellulaires personnalisées.
Kaist (le président Kwang Hyung Lee) a annoncé le 11 août qu'une équipe de recherche dirigée par le professeur Jimin Park du département de génie chimique et biomoléculaire, en collaboration avec le groupe du professeur Jihan Kim, a développé une « plate-forme de bioélectrosynthèse '' capable de produire soit de l'oxyde nitrique ou de l'ammonia en utilisant uniquement un signal électrique. La plate-forme permet de contrôler le calendrier, la plage spatiale et la durée des réponses cellulaires.
Inspirés par les enzymes impliquées dans la réduction du nitrite, les chercheurs ont mis en œuvre une stratégie électrochimique qui produit sélectivement de l'oxyde nitrique ou de l'ammoniac à partir d'un seul précurseur, nitrite (NO₂₂⁻). En modifiant le catalyseur, l'équipe a généré de l'ammoniac ou de l'oxyde nitrique à partir de nitrite à l'aide d'un catalyseur cuivre-molybdène-sulfur (Cu2Mos4) et un catalyseur incorporé en fer (fecums4), respectivement.
Grâce aux mesures électrochimiques et aux simulations informatiques, l'équipe a révélé que les sites Fe dans les fecumos4 Le catalyseur se lie plus fortement aux intermédiaires d'oxyde nitrique, passant plus de sélectivité du produit vers l'oxyde nitrique. Dans les mêmes conditions électriques, le catalyseur contenant Fe produit préférentiellement de l'oxyde nitrique, tandis que le Cu2Mos4 Le catalyseur favorise la production d'ammoniac.
L'équipe de recherche a démontré des fonctionnalités biologiques en utilisant la plate-forme pour activer les canaux ioniques dans les cellules humaines. Plus précisément, les canaux TRPV1 activés par l'oxyde nitrique ont produit électrochimiquement (réactif aux stimuli de chaleur et chimiques), tandis que l'alcalinisation intracellulaire induite par l'ammoniac produit électrochimiquement et les canaux protons OTOP1 activés. En réglant la tension appliquée et la durée de l'électrolyse, l'équipe a modulé le temps de début, l'étendue spatiale et la terminaison des réponses cellulaires, qui ont effectivement mis la signalisation cellulaire sur et désactiver comme un interrupteur.
Le professeur Jimin Park a déclaré: « Ce travail est significatif car il permet un contrôle cellulaire précis en produisant sélectivement des molécules de signalisation avec de l'électricité. Nous pensons qu'il possède un fort potentiel d'applications dans les technologies électroceutiques ciblant le système nerveux ou les troubles métaboliques.«
MyEongeun Lee et Jaewoong Lee, Ph.D. Les étudiants du Département de génie chimique et biomoléculaire de Kaist, ont été les comitations auteurs. Le professeur Jihan Kim est co-auteur. Le document a été publié en ligne dans 'Édition internationale d'Angewandte Chemie«Le 8 juillet 2025 (doi: 10.1002 / ange.202508192).
