中国学者一作Cell论文：仅用活细胞当“生物墨水”，“打印”出会跳动的心脏等器官组织，促进组织再生

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

3D 生物打印是一种三维生物制造技术，用于精确地排列细胞和含细胞生物材料（生物墨水），以构建具有所需功能的立体生物组织。通常，生物墨水依靠水凝胶基质在生物打印之前、期间或之后稳定并交联构建体。尽管此类方法推进了仿生学的发展，但其难以实现体内细胞的高密度，且大量水凝胶成分可能会阻碍细胞间相互作用，导致表型丧失并降低组织功能。

近年来，无支架的 3D 生物打印技术被提出以解决细胞密度问题，但这类方法通常依赖于挤出式生物打印，难以无法达到复杂组织所需的分辨率和复杂度。

2025 年 12 月 8 日，哈佛医学院张宇教授团队在国际大奖学术期刊Cell上发表了题为：Biomaterial-minimalistic photoactivated bioprintingof cell-dense tissues 的研究论文。王冕（现为同济大学研究员）、李婉露（现为上海交通大学助理教授）、郝晋（现为上海交通大学助理研究员）、蔡玲为论文共同第一作者。

该研究开发了一种去材料化、无支架的高细胞密度生物墨水（Cell-dense bioink，CLINK），将高密度的活细胞本身通过化学修饰（丙烯酸酯键修饰）改造为可以直接进行 3D 打印的“生物墨水”，直接打印出与真实器官一样致密、复杂的功能性活体组织。

CLINK技术代表了一种全新的生物打印思路，从“用材料承载细胞”转向“让细胞自己成为材料”，为解决组织工程中细胞密度和功能模拟的难题提供了突破性方案，有望彻底改变组织工程和再生医学的现有格局。

传统瓶颈：细胞密度不足，“脚手架”喧宾夺主

要理解这项突破的意义，我们首先要了解传统 3D 生物打印的痛点。

传统的 3D 生物打印，通常需要将细胞混合在“水凝胶”材料中，这种像果冻一样的材料，起到支撑和固定细胞结构的“脚手架”作用。然而，这种方法存在两大核心局限——

细胞密度太低：真实的人体组织，例如肝脏、心脏，其细胞密度极高（可高达每毫升 1 亿至 10 亿个细胞）。而水凝胶会极大地稀释细胞，导致细胞密度往往比真实器官低一两个数量级，这样就造成打印出的组织过于“水”，无法模拟真实的细胞间相互作用。

生物材料干扰：大量的水凝胶“脚手架”会物理阻隔细胞之间的直接交流，影响它们发挥正常功能，甚至可能导致细胞失去其特性。

技术核心：细胞化身“墨水”，快速构建超密组织

那么，这项研究是如何解决这一世界性难题的呢？他们的方法简单而巧妙——绕开生物材料，让细胞自己成为构建结构的“砖块”。

研究团队开发了一种名为OMHA（氧化并甲基丙烯酰化的透明质酸）的特殊“连接分子”。这种分子可以像“魔术贴”一样，一端快速粘在细胞膜表面，另一端在特定光线（数字光处理，DLP）照射下，能与相邻细胞膜上的“魔术贴”牢牢结合。

整个过程如下：

• 细胞“穿外衣”：将活细胞与 OMHA 连接分子混合，分子会迅速修饰在细胞表面。

• 快速“打印”：将这杯纯细胞“墨水”（即CLINK）放入 DLP 打印机。打印机将设计好的组织模型（例如肝小叶、神经回路）的每一层图案用光投射到细胞悬浮液表面。

• 精准固化：被光照射到的细胞，其表面的“魔术贴”瞬间连接，形成一层致密的细胞薄片。

• 层层堆叠：平台下降，下一层细胞被同样固化，并与上一层结合。如此重复，一个结构复杂、细胞密度接近生理水平的 3D 组织就在几分钟内诞生了。

最关键的是，这种方法打印出的组织，细胞密度可以达到惊人的每毫升 10 亿（109/ml）个，几乎就是纯细胞，最大限度地还原了体内真实的微环境。

惊艳成果：打印“迷你心脏”、神经回路、肝脏，促进伤口再生

研究团队进一步展示了 CLINK 技术强大的应用潜力，成功打印了多种功能性的高密度器官组织模型。

1、会跳动的“迷你心脏”

研究团队用人类干细胞来源的心肌细胞，打印出了具有空腔结构的“心腔”。令人振奋的是，这些“迷你心脏”在培养两天后就开始自发地、同步地节律性收缩，并且能持续跳动至少一周以上，其钙信号活动与真实心肌细胞类似，显示出强大的生理功能。

2、功能性神经回路

大脑的功能依赖于精密的神经连接。研究团队分别打印了来自大脑的皮层神经元和来自脊髓的运动神经元，并将它们排列在特定区域。一周后，两个区域的神经元竟然伸出了长长的轴突，成功地“连接”到了一起，形成了功能性的神经回路。通过光遗传学刺激一方，可以在另一方记录到电信号响应，证明了神经网络的成功构建。

3、仿生肝脏

研究团队还打印了模拟肝小叶结构的肝脏组织，其细胞密度远超传统方法，表现出更强的肝脏特异性功能（例如分泌白蛋白）。将其植入小鼠体内后，能很好地整合并促进血管生成。

4、促进组织再生

在皮肤创伤模型中，用 CLINK 技术打印的间充质干细胞/内皮细胞移植物，显著加速了小鼠全层皮肤伤口的愈合和再生，包括促进上皮再生、新生血管形成甚至毛囊再生，效果远优于传统的水凝胶载体。

未来展望：再生医学与疾病建模的新纪元

这项去材料化的“纯细胞”3D 生物打印技术，标志着我们向按需制造个性化功能器官的终极目标迈出了关键一步。

用于药物筛选：可以快速、批量地打印出高度模拟人体器官的疾病模型，用于更精准、高效的药物测试和毒性评估，减少对动物实验的依赖。

用于再生医学：未来或可取自患者自身的细胞，打印出无需外来支架、无免疫排斥风险的“活体补丁”，用于修复受损的心肌、皮肤、神经等。

用于基础研究：为科学家们研究人类发育、疾病机制提供了前所未有的强大工具。

论文链接：

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)01308-X