全员中文属名，清华大学Cell子刊论文：人造心脏组织，修复心肌梗死

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

心肌纤维的天然螺旋排列对于高效心脏泵血至关重要，然而大规模复制这种结构仍是生物制造领域的重大挑战。

2026 年 1 月 12 日，清华大学熊卓、张婷、方永聪等在 Cell 子刊Cell Biomaterials上发表了题为：Scalable fabrication of aligned myocardial tissues with native-like helical architecture for heart repair 的研究论文。

该研究开发了一种名为FLASH（flow-led assembly for spiral hierarchical structure）技术，通过将仿生结构设计与可扩展的制造工艺相结合，为创建适用于疾病建模、药物测试和再生治疗的器官级心脏模型开辟了一条通用道路。该研究代表了生物制造领域的一个重要进展，特别是在追求构建功能完整的人造心脏组织方面。

人类心脏天然具有高度复杂的各向异性结构。在细胞层面，心肌细胞通过闰盘（intercalated disk）相互连接，有序排列成心肌纤维，并密集组装成可收缩的心肌组织。这种层级结构确保了收缩过程中电信号的快速传导和收缩力的协同产生。在整个心室壁中，心肌纤维以片层状排列，其螺旋角呈现连续变化，从左旋方向逐渐过渡到右旋方向。鉴于心肌细胞在收缩期仅产生约 15% 的线性缩短，而心室壁却要承受 10%-25% 的纵向和周向应变，这种螺旋结构被认为对左心室收缩时的高效扭转变形至关重要。

此外，研究还表明，增强的心尖旋转和整体扭转有助于实现更高效的心脏射血，从而获得更高的射血分数（EF）。因此，在体外重现这种各向异性的心肌细胞排列和螺旋纤维结构，对于促进工程化心肌的功能成熟、增强收缩力以及改善心脏组织模型的泵血性能具有关键意义。

在这项最新研究中，研究团队提出了FLASH（flow-led assembly for spiral hierarchical structure）技术，这一微流控平台可组装高细胞密度微纤维，其核心由载有心肌细胞的胶原/基质胶构成，鞘层由载有内皮细胞的藻酸盐组成。FLASH 将微流控纺丝与旋转芯轴上的双轴纤维收集技术相结合，能够以高空间保真度实现可编程的螺旋排列。轴向约束可诱导心肌细胞定向排列及功能性纤维收缩，而酶解去除藻酸盐鞘能软化微环境并促进内皮网络形成。

相较于传统生物打印技术，FLASH 实现了 ＞90% 的心肌细胞排列率、可调控的机械各向异性，并将空间分辨率/制造时间（RTM）提升三倍。由此构建的螺旋心室模型展现出协调的心室尺度收缩。在大鼠心肌梗死模型中，基于 FLASH 制备的单向排列心脏补片显著改善了心功能并减少纤维化。

通过将仿生结构与可扩展制造相结合，FLASH建立了一条通向适用于疾病建模、药物测试和再生疗法的器官级心脏模型的通用途径。

论文链接：

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