Nature刊发清华SHIFT 3D打印新技术，可为类器官装上营养通道

来源：仪器信息网 | 我要测 | 08-12

导读清华大学欧阳礼亮团队在 Nature发文，提出“亚体素定向纤维3D打印”新方法。该技术突破传统3D打印的喷嘴尺寸限制，实现细胞尺度各向异性结构制造。

各向异性结构在自然界中广泛存在。骨骼肌、心肌、神经等组织的定向结构显著影响其生理功能，其构效关系如何，以及如何用仿细胞外基质的水凝胶精准重建仿生微观定向结构，是组织器官生物制造领域的重大关键科学问题与技术难题。

针对这一技术难题，清华大学机械系生物制造中心欧阳礼亮课题组提出了一种亚体素定向纤维3D打印新方法，通过纤维原位转变策略（Shear-extensional in situ particle-to-fibre transformation, SHIFT），在常规挤出的水凝胶丝内部原位产生高度定向、连续均匀的亚体素水凝胶纤维束结构。

这一方法突破了传统挤出式3D打印受限于喷嘴尺寸（百微米级以上）的瓶颈，首次实现了在打印构造单元内部同步构建细胞尺度的各向异性微结构。

相关研究成果以“In situ particle-to-fibre transformation of hydrogels for 3D printing”为题，于2026年8月5日发表于Nature。

SHIFT技术的两种应用模式

结合模块化的墨水设计，SHIFT 3D打印技术能够制造可编程式的亚体素定向结构，包括异质定向纤维束，载颗粒定向结构，球-丝共存的定向结构等。

SHIFT的另一个技术应用模式是SHIFT纺丝：通过去除连续相以释放亚体素纤维，即可获得均匀、连续的水凝胶微丝。这种方法操作简便，兼容多种水凝胶材料，弥补了10微米级水凝胶微丝制备方法的空白。

SHIFT 3D打印模式构造分级亚体素定向纤维结构，SHIFT纺丝模式高通量便捷制备和收集水凝胶细纤维

肌肉、血管、类器官等多应用场景

SHIFT 3D打印所构建的各向异性结构显著促进了周围细胞的定向生长行为。研究团队在体外成功构建了具有超长肌管（平均长度约1.1 mm）和自发收缩特性的工程化骨骼肌束。细胞在细胞尺度纤维引导下高度定向排列、融合分化，细胞核长径比和取向一致性显著优于传统方法。RNA-seq分析进一步证实，该结构能有效促进肌源性细胞向高能量代谢、低增殖、高分化的功能成熟状态转变。将工程化骨骼肌束植入小鼠体积性肌肉缺损（VML）模型后，可有效促进肌纤维再生与组织结构重建，使受损后肢的抓力、耐力与步长等运动功能恢复至接近健康水平。

SHIFT纺丝所制备的纤维凭尺寸优势和材料泛用性，可作为牺牲模板构建互连的类毛细血管网管腔，在不支持血管自组装的基质中诱导血管内皮细胞形成类毛细血管结构，有望解决微血管网络的构建难题。

另外，团队还提出了水凝胶纤维辅助的类器官培养策略，将这类高含水量的水凝胶纤维微丝引入干细胞团簇和类器官培养过程，可以作为物质输运通道有效解决细胞团和类器官内核缺乏氧气和营养物质的难题，促进细胞团和类器官的长大和成熟。