전기 자극(ES)은 다양한 세포 반응을 조절할 수 있어 세포생물학, 재생의학, 조직공학 분야에서 유망한 적용 가능성을 제공한다. ES의 효과에 관해 방대한 연구가 수행되어 왔음에도 불구하고, 세포가 전기적 신호와 직접 상호작용하는 세포-전극 계면(cell-electrode interface)을 이해하는 일은 여전히 어렵다. 본 연구는 이러한 계면에서 ES가 세포 거동에 미치는 영향을 규명하기 위한 플랫폼을 제시한다. 해당 플랫폼은 생체적합성, 전도성, 광학적으로 투명한 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO) 박막을 사용하여, 세포 반응의 실시간 관찰 및 전기적 조절을 가능하게 한다. 이 플랫폼은 시험관 내(in vitro) 이동 및 체외(ex vivo) 조직에서의 혈관형성 등 ES 매개 동역학을 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 이는 기존 금속 전극으로는 달성하기 어려운 과제이다. ITO 구성은 유한요소해석 및 직접 전기장 측정을 통해 균일한 전기적 신호를 제공하도록 최적화되었다. 낮은 전압(<1.00 V) 조건에서 증식, 이동, 혈관형성 등 다양한 시험관 내 세포 거동이 시각화된다. 특정 반응에 대한 최적 ES 조건은 세포 유형에 크게 의존한다. 또한 본 플랫폼은 체외 모델로 마우스 중족골(metatarsal) 조직을 사용하여 조직-전극 계면에서의 ES 효과를 탐색할 잠재력을 보여준다. 본 다학제 연구는 생체전자 계면 공학, 생체 기능 분석, 수치 시뮬레이션을 통합함으로써 ES와 생물학적 시스템에서의 그 효능에 관한 통찰을 발전시킨다.

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