תאים משתמשים במולקולות איתות שונות כדי לווסת את מערכות העצבים, החיסון והכלי הדם. בין אלה, תחמוצת החנקן (NO) ואמוניה (NH₃) ממלאים תפקידים חשובים, אך חוסר היציבות הכימית שלהם ואופי הגזי שלהם מקשים עליהם לייצר או לשלוט חיצונית. צוות מחקר של KAIST פיתח פלטפורמה המייצרת מולקולות איתות ספציפיות במקום ממבשר יחיד תחת אות חשמלי מיושם, המאפשר שליטה מרחבית דמוית מתג ומדויקת של התגובות הסלולריות. גישה זו יכולה לספק בסיס לטכנולוגיות רפואיות עתידיות כמו אלקטרוזיוטיקה, אלקטרוגנטיקה וטיפולי תאים בהתאמה אישית.
קאיסט (הנשיא קוואנג היונג לי) הודיע ב- 11 באוגוסט כי צוות מחקר בראשותו של פרופסור ג'ימין פארק מהמחלקה להנדסה כימית וביומולקולרית, בשיתוף עם קבוצתו של פרופסור ג'יהאן קים, פיתח פלטפורמה ביו -אלקטרוסינתזה 'המסוגלת לייצר תחמוצת חנקן או אמוניה על פי דרישה רק באמצעות אות חשמלי. הפלטפורמה מאפשרת שליטה על העיתוי, הטווח המרחבי ומשך תגובות התא.
בהשראת אנזימים המעורבים בהפחתת ניטריט, החוקרים יישמו אסטרטגיה אלקטרוכימית המייצרת באופן סלקטיבי תחמוצת החנקן או אמוניה ממבשר יחיד, ניטריט (no₂⁻). על ידי שינוי הזרז, הצוות יצר אמוניה או תחמוצת החנקן מניטריט באמצעות זרז נחושת-מוליבדן-גולף (CU2מוס4) וזרז משולב ברזל (צואה4), בהתאמה.
באמצעות מדידות אלקטרוכימיות והדמיות מחשב, הצוות חשף כי אתרי Fe ב- Fecumos4 קטליסט מחייב ביניים תחמוצת החנקן ביתר שאת, ומשנה את סלקטיביות המוצר לעבר תחמוצת החנקן. באותם תנאים חשמליים, הזרז המכיל Fe מייצר באופן עדיף תחמוצת החנקן, ואילו ה- CU2מוס4 זרז מעדיף ייצור אמוניה.
צוות המחקר הדגים פונקציונליות ביולוגית באמצעות הפלטפורמה להפעלת תעלות יונים בתאים אנושיים. באופן ספציפי, מיוצר אלקטרוכימי תחמוצת החנקן המופעלת על תעלות TRPV1 (מגיבות לגירויים חום וכימיקלים), ואילו ייצור אלקטרוכימי יוצרו אמוניה הנגרמת אלקלינציה תוך -תאית ותעלות פרוטון OTOP1 מופעלות. על ידי כוונון משך המתח והאלקטרוליזה המופעל, הצוות מווסר את זמן ההתחלה, את ההיקף המרחבי וסיום התגובות הסלולריות, מה שהפך למעשה את האיתות הסלולרי כמו מתג.
פרופסור ג'ימין פארק אמר, "עבודה זו משמעותית מכיוון שהיא מאפשרת שליטה סלולרית מדויקת על ידי ייצור סלקטיבי של מולקולות איתות עם חשמל. אנו מאמינים שיש לה פוטנציאל חזק ליישומים בטכנולוגיות אלקטרואוטיות המכוונות למערכת העצבים או להפרעות מטבוליות."
Myeongeun Lee ו- Jaewoong Lee, Ph.D. סטודנטים במחלקה להנדסה כימית וביומולקולרית בקייסט, שימשו ככותבים ראשונים. פרופסור ג'יהאן קים הוא מחבר משותף. העיתון פורסם באופן מקוון ב- 'המהדורה הבינלאומית Angewandte Chemie'ב- 8 ביולי 2025 (doi: 10.1002/ange.202508192).
