研究背景与意义 - 心肌纤维的天然螺旋排列对于高效心脏泵血至关重要，但大规模复制这种结构是生物制造领域的重大挑战[2] - 人类心脏的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[4] - 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，这种螺旋结构对左心室收缩时的高效扭转变形至关重要[4] - 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[4] - 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[4] 技术突破与核心发现 - 清华大学团队开发了一种名为FLASH的技术，全称为flow-led assembly for spiral hierarchical structure[2][5] - 该技术通过将仿生结构设计与可扩展的制造工艺相结合，为创建器官级心脏模型开辟了一条通用道路[2] - FLASH是一个微流控平台，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[5] - 该技术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[5] - 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[5] - 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/制造时间提升三倍[5] - 由此构建的螺旋心室模型展现出协调的心室尺度收缩[5] 应用前景与验证 - 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[2][7] - 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[5] - 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[2]