심근 허혈-재관류(MI/R) 손상의 병인에는 허혈 단계와 재관류 단계 모두에서 발생하는 미토콘드리아 기능장애가 복합적으로 관여합니다. 본 연구에서는 단일세포 전사체 분석을 통해 미토콘드리아 항상성이 우수한 HEY1 고발현 심근세포(HEY1⁺ CMs) 아형을 확인하였습니다. 이를 바탕으로, HEY1⁺ CMs에서 이중 과발현 유도 후 막전위 기반 세포 정렬을 통해 ΔΨm이 높은 아형에서 기능성 미토콘드리아(P5CS형 또는 ATP5B형)를 분리하였고, 분리된 미토콘드리아를 HEY1⁺ CM 유래 엑소좀에 봉입하여 안정적이고 표적화된 전달을 구현하였습니다. 또한, 국소의 구리/철 이온 동역학에 따라 단계별로 미토콘드리아를 방출할 수 있는 반응성 마이크로니들 패치를 설계하여, 허혈 및 재관류 미세환경 내에서 표적 부위에 필요한 시점에 미토콘드리아를 전달할 수 있도록 하였습니다. Bama 미니피그 MI/R 모델에서 본 시스템은 심장 기능을 유의하게 개선시키고, 경색 크기를 감소시키며, 심근세포 사멸을 억제하는 효과를 확인하였습니다. 그 기전으로는 미토콘드리아 구조적 완전성과 에너지 대사 기능 향상이 주요하게 작용하였습니다. 결론적으로, 본 연구는 반응성이고 단계 특이적인 미토콘드리아 전달 플랫폼을 정립한 것으로, 허혈성 심질환의 정밀 치료를 위한 유망한 전략을 제시합니다.