When a traumatic brain injury occurs, astrocytes become activated to increase the cell size and proliferation rate to fill the damaged space and regulate the immune and nerve functions of the microenvironment. In the previous in vivo study, the stemness was increased in astrocytes after applying electrical stimulation to mice subjected to brain injury, suggesting the possibility of direct damage recovery when electrical stimulation is applied to activated astrocytes. In this study, an in vitro disease model was established using astrocytes activated by external stimulation, and the cellular responses of astrocytes to electrical stimulation were investigated. It was confirmed that astrocytes could be activated in a highly stiff culture environment to mimic diseased tissues in the body. After applying electrical stimulation to astrocytes cultured in a rigid dish, the expression of biomarkers for stemness in astrocytes increased, and the markers for activation of astrocytes decreased. Also, both cell area and circularity of astrocytes showed a tendency to decrease after the electrical stimulation. By analyzing the morphology of the astrocytes after the inhibition of calcineurin and the electrical stimulation, it was confirmed that calcineurin is involved in astrocytes' response to the electrical stimulation. In this study, the response and mechanism of astrocytes to electrical stimulation were analyzed, and it is expected that it will help future brain damage recovery studies.
외상성 뇌 손상이 발생하면 활성화된 성상세포가 세포의 크기와 증식 속도를 증가시켜 손상된 공간을 채우고 미세 환경의 면역 및 신경 기능을 조절한다. 이전의 생체 내 연구에서는 뇌 손상을 인가한 쥐에 전기 자극을 가한 후 성상세포에서 신경 줄기 세포의 생체 마커 발현을 확인하였고, 이는 활성화된 성상세포에 전기자극이 가해질 때 직접적인 손상 회복에 관여할 가능성을 시사한다. 본 연구에서는 외부 자극에 의해 활성화되는 성상세포를 이용한 체외 질병 모델을 정의하고, 전기 자극에 대한 성상 세포의 세포 반응을 조사하였다. 강성이 높은 배양환경에서 성상세포가 활성화되어 체내의 질병 상태의 조직을 모사할 수 있음을 확인하였다. 강성이 높은 디쉬에서 배양한 성상세포에 전기자극을 수행한 후 줄기세포능 마커의 발현양이 증가하며, 성상세포의 활성화 마커의 발현양이 감소하는 경향을 확인하고, 세포 면적과 원형도 모두 감소하는 경향을 확인하였다. 사이클로스포린 A를 이용해 칼시뉴린을 억제한 뒤 전기자극을 수행한 후 성상세포의 형태를 분석함으로써 칼시뉴린이 전기자극에 대한 성상세포의 반응에 관여하고 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 전기자극에 대한 성상세포의 반응과 메커니즘을 분석하였고 이후 뇌 손상 회복 연구에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다.
