心脏的高效泵血功能，依赖于心室壁中心肌纤维独特的螺旋状各向异性结构。在体外精准模拟这一复杂结构，是构建功能化工程心脏模型及再生修复的核心挑战。目前，传统生物制造技术如电纺丝、生物打印等难以同步实现高细胞密度封装、精准细胞定向与复杂螺旋结构仿生，限制了功能性心脏组织的构建与应用。

针对这一瓶颈，清华大学机械系熊卓课题组研发出流动引导螺旋层级结构组装技术（Flow-Led Assembly for Spiral Hierarchical Structures, FLASH），通过融合微流控纺丝与可编程纤维收集系统，实现了从微纤维成型到宏观螺旋结构组装的跨尺度一体化制造。FLASH将微纤维的连续制备与螺旋排布整合为单一流畅流程，在保障结构精度的同时显著提升制造效率，快速构建出具备高细胞密度与仿生取向的心肌组织。该技术将仿生设计理念与可扩展制造相结合，为心脏疾病建模、药物筛选与再生治疗提供了新的技术平台。

图1 FLASH技术构建原理、优势及应用

基于FLASH构建的心肌组织在电刺激训练下，细胞活性持续保持在95%以上，心肌细胞定向排列比例超过90%，并于21天内实现整体同步收缩。进一步，团队利用该平台成功组装出具备“左旋–环向–右旋”梯度结构的仿生螺旋心室模型，通过调控纤维缠绕角度实现力学性能的各向异性调控。该模型在培养后展现出规律的自发收缩行为，并能对外部电刺激产生同步响应。在大鼠心肌梗死模型中，移植FLASH制备的定向心肌补片后，治疗组在术后28天心功能指标显著改善，纤维化面积有效降低，并促进梗死区新生血管形成，显示出良好的组织修复潜力。

图2 多层螺旋心室模型的制造与表征

相关研究成果以“Scalable fabrication of aligned myocardial tissues with native-like helical architecture for heart repair”为题，发表于Cell Press（细胞出版社）旗下期刊《Cell Biomaterials》。清华大学机械系熊卓教授、张婷副教授和方永聪助理教授为论文共同通讯作者，方永聪助理教授、博士生鲁冰川、孙若斌为共同第一作者。博士后杨鹏程、夏静静、博士生叶宇轩等亦对该工作做出贡献。研究获国家自然科学基金、北京市自然科学基金及国家重点研发计划等项目支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.celbio.2025.100306