撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

心肌纖維的天然螺旋排列對于高效心臟泵血至關(guān)重要，然而大規(guī)模復(fù)制這種結(jié)構(gòu)仍是生物制造領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。

2026 年 1 月 12 日，清華大學(xué)熊卓、張婷、方永聰等在 Cell 子刊Cell Biomaterials上發(fā)表了題為：Scalable fabrication of aligned myocardial tissues with native-like helical architecture for heart repair 的研究論文。

該研究開發(fā)了一種名為FLASH（flow-led assembly for spiral hierarchical structure）技術(shù)，通過將仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計與可擴展的制造工藝相結(jié)合，為創(chuàng)建適用于疾病建模、藥物測試和再生治療的器官級心臟模型開辟了一條通用道路。該研究代表了生物制造領(lǐng)域的一個重要進展，特別是在追求構(gòu)建功能完整的人造心臟組織方面。

人類心臟天然具有高度復(fù)雜的各向異性結(jié)構(gòu)。在細胞層面，心肌細胞通過閏盤（intercalated disk）相互連接，有序排列成心肌纖維，并密集組裝成可收縮的心肌組織。這種層級結(jié)構(gòu)確保了收縮過程中電信號的快速傳導(dǎo)和收縮力的協(xié)同產(chǎn)生。在整個心室壁中，心肌纖維以片層狀排列，其螺旋角呈現(xiàn)連續(xù)變化，從左旋方向逐漸過渡到右旋方向。鑒于心肌細胞在收縮期僅產(chǎn)生約 15% 的線性縮短，而心室壁卻要承受 10%-25% 的縱向和周向應(yīng)變，這種螺旋結(jié)構(gòu)被認為對左心室收縮時的高效扭轉(zhuǎn)變形至關(guān)重要。

此外，研究還表明，增強的心尖旋轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)有助于實現(xiàn)更高效的心臟射血，從而獲得更高的射血分數(shù)（EF）。因此，在體外重現(xiàn)這種各向異性的心肌細胞排列和螺旋纖維結(jié)構(gòu)，對于促進工程化心肌的功能成熟、增強收縮力以及改善心臟組織模型的泵血性能具有關(guān)鍵意義。

在這項最新研究中，研究團隊提出了FLASH（flow-led assembly for spiral hierarchical structure）技術(shù)，這一微流控平臺可組裝高細胞密度微纖維，其核心由載有心肌細胞的膠原/基質(zhì)膠構(gòu)成，鞘層由載有內(nèi)皮細胞的藻酸鹽組成。FLASH 將微流控紡絲與旋轉(zhuǎn)芯軸上的雙軸纖維收集技術(shù)相結(jié)合，能夠以高空間保真度實現(xiàn)可編程的螺旋排列。軸向約束可誘導(dǎo)心肌細胞定向排列及功能性纖維收縮，而酶解去除藻酸鹽鞘能軟化微環(huán)境并促進內(nèi)皮網(wǎng)絡(luò)形成。

相較于傳統(tǒng)生物打印技術(shù)，F(xiàn)LASH 實現(xiàn)了 ＞90% 的心肌細胞排列率、可調(diào)控的機械各向異性，并將空間分辨率/制造時間（RTM）提升三倍。由此構(gòu)建的螺旋心室模型展現(xiàn)出協(xié)調(diào)的心室尺度收縮。在大鼠心肌梗死模型中，基于 FLASH 制備的單向排列心臟補片顯著改善了心功能并減少纖維化。

通過將仿生結(jié)構(gòu)與可擴展制造相結(jié)合，FLASH建立了一條通向適用于疾病建模、藥物測試和再生療法的器官級心臟模型的通用途徑。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00297-1