上海
2026 年 8 月 5 日，清華大學(xué)歐陽禮亮副教授作為通訊作者，周德志、竇博瀚作為共同第一作者，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表了題為：In situ particle-to-fibre transformation of hydrogels for 3D printing 的研究論文。
該研究該報(bào)道了“剪切-拉伸原位顆粒到纖維轉(zhuǎn)變”（shear-extensional in situ particle-to-fibre transformation，SHIFT）現(xiàn)象，利用SHIFT技術(shù) 3D 打印出高度取向的水凝膠微纖維，并展示了該技術(shù)在 3D 打印長肌管以加速肌肉缺損再生中的應(yīng)用。
各向異性結(jié)構(gòu)在自然界中廣泛存在，骨骼肌、心肌、神經(jīng)等組織的定向結(jié)構(gòu)顯著影響其生理功能，其構(gòu)效關(guān)系如何，以及如何用仿細(xì)胞外基質(zhì)的水凝膠精準(zhǔn)重建仿生微觀定向結(jié)構(gòu)，是組織器官生物制造領(lǐng)域的重大關(guān)鍵科學(xué)問題與技術(shù)難題。
傳統(tǒng)擠出式3D打印受限于噴嘴尺寸，擠出的水凝膠絲構(gòu)造單元（體素）直徑一般在 100 微米以上，難以制造匹配細(xì)胞尺度（10微米級）的各向異性特征。
針對這一瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種「亞體素定向纖維3D打印」新方法，通過剪切-拉伸原位顆粒到纖維轉(zhuǎn)變（Shear-extensional in situ particle-to-fibre transformation，SHIFT），在常規(guī)擠出的水凝膠絲內(nèi)部原位產(chǎn)生高度定向、連續(xù)均勻的亞體素水凝膠纖維束結(jié)構(gòu)。
這類細(xì)胞尺度的水凝膠纖維被證明能夠有效引導(dǎo)骨骼肌細(xì)胞定向生長和組織成熟，在體外形成了已知「最長的肌管結(jié)構(gòu)」，并展現(xiàn)了體內(nèi)組織修復(fù)的巨大應(yīng)用潛力。
該研究還展示了 SHIFT 的另一個技術(shù)應(yīng)用——「SHIFT 紡絲」，通過去除連續(xù)相以釋放亞體素纖維，即可獲得均勻、連續(xù)的水凝膠纖維微絲。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了「水凝膠纖維輔助的類器官培養(yǎng)」策略，將這類高含水量的水凝膠纖維微絲引入干細(xì)胞團(tuán)簇和類器官培養(yǎng)過程，可作為物質(zhì)輸運(yùn)通道有效解決細(xì)胞團(tuán)和類器官內(nèi)核缺乏氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的難題，促進(jìn)細(xì)胞團(tuán)和類器官的長大和成熟。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10883-z
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