“像电灯开关一样” 细胞反应“开启/关闭”平台被开发

通过电刺激在细胞内外生成信号物质，并由此像电开关一样开启或关闭细胞反应的平台已经被开发出来。

KAIST表示，生命化学工学系Park Jimin教授研究团队与生命化学工学系Kim Jihan教授团队通过共同研究，于11日开发出一种“生物电合成（Bioelectrosynthesis）平台”，该平台可利用电信号在所需时刻生成一氧化氮和氨这两种信号物质，从而调控细胞反应的起始时间、作用范围和持续时间等。

（自左起）Park Jimin 教授、Lee Myeongeun 博士研究生、Lee Jaewoong 博士研究生、Kim Jihan 教授。KAIST 提供

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人体细胞为调节神经、免疫和血管功能，会相互传递多种信号分子（signaling molecules）。但一氧化氮和氨不稳定或以气体状态存在，因此从外部生成或调控极为困难。

相反，此次共同研究团队开发的平台能够生成或调控一氧化氮和氨，有望在今后被用作电子药物、电遗传学以及个性化细胞治疗等未来医疗技术的核心基础。

在平台开发之前，共同研究团队从体内亚硝酸盐（Nitrite, NO2-）还原酶的作用机制中获得灵感，成功构建了一项电学基础技术，可从同一种物质（亚硝酸盐，Nitrite, NO2-）中选择性生成一氧化氮和氨这两种生物信号物质。

研究团队还注意到，不同催化剂会生成不同的信号物质，因而以亚硝酸盐作为单一前驱体，利用铜-钼-硫基的基础催化剂（Cu2MoS4）和含铁催化剂（FeCuMoS4）分别选择性合成氨和一氧化氮信号物质。

在此基础上，通过电化学实验和计算机模拟，共同研究团队证实：使用含铁催化剂时，更易生成一氧化氮；而使用不含铁的催化剂时，更易生成氨，从而可以控制两者的生成比例。

这证明仅通过更换催化剂，就可以利用电信号自由生成一氧化氮或氨信号物质。

利用电信号合成信号分子的生物电合成平台示意图及其精密控制结果。KAIST提供

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共同研究团队还通过实验表明，利用这一平台调节电压强度和作用时间，可以自由控制细胞反应的起始时间、反应范围和结束时间。由此实现了仿佛打开和关闭电开关一般，对细胞信号进行调控。

Park Jimin教授表示：“本研究的意义在于，能够通过电力选择性地产生多种信号物质，从而精确调控细胞”，“这一平台今后也很有可能拓展为针对神经系统或代谢性疾病的电子药物技术”。

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另一方面，本研究在韩国研究财团的资助下开展。KAIST生命化学工学系的Lee Myeongeun和Lee Jaeung博士课程研究员作为第一作者参与，Kim Jihan教授作为共同作者参与。研究结果（论文）已于上月8日发表在化学及化学工程领域最具权威的期刊之一《应用化学国际版（Angewandte Chemie International Edition）》上。

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