우리는 환자 유래 3차원 심장 오가노이드(3D cardiac organoids, COs)를 고정밀로 전기생리학적으로 특성화하기 위한 통합형 마이크로전극 어레이(microelectrode array, MEA) 플랫폼을 제시한다. 이 플랫폼은 건강한 상태 및 두센느 근이영양증(Duchenne muscular dystrophy, DMD) “미니-하트(mini-hearts)” 모두에서 역동적 기록이 가능하도록 설계되었다. 지지층과 마이크로전극을 광리소그래피 패터닝으로 제작한 변형 가능한 MEA는 맞춤형 스쿱-슬라이드 well(scoop-slide well)에 순응적으로 조립된다. 오목한 형상은 다채널 전극 어레이 내에서 밀리미터 크기의 CO가 수동적 자기정렬(passive self-alignment)되도록 하며, 이를 통해 세포외 장전위(extracellular field potential, EFP)를 동시에 기록하고 비디오 기반 운동 분석을 수행할 수 있다. 건강한 공여자 및 DMD 환자에서 유래한 사람 유도만능줄기세포(human induced pluripotent stem cells)로부터 분화된 CO를 사용하여, 영역-특이적 EFP 파형을 규명하였고, 이는 칼슘 이미징(calcium imaging)으로 검증되었다. DMD CO는 건강 대조군의 안정적이고 등시성(isochronal) 리듬과 대조적으로 심각한 부정맥성 발화 및 비정상적인 파형 형태를 보였다. 단일세포 전사체 분석은 과도한 세포외기질 축적과 비조직화된 심장 구조를 특징으로 하는 병적 DMD 시그니처를 확인하였으며, 이는 전도 이질성(conduction heterogeneity)에 기여하는 것으로 나타났다. hERG 차단제 E-4031로 약리학적 도전을 수행했을 때, 정상 CO에서는 장전위 지속시간이 연장되었으나 DMD CO에서는 무질서한 부정맥성 폭풍(disorganized arrhythmogenic storms)이 유발되었다. 본 연구에서 제시한 플랫폼은 고정형 인터페이스의 한계를 극복하고, 안정적인 임피던스 결합으로 구조 보존을 보장함으로써 질병 표현형(disease phenotyping), 약물 스크리닝, 그리고 3차원 심장 조직의 기전적 규명(mechanistic interrogation)을 위한 견고한 바이오인터페이스를 제공한다.

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