局部缺血性心脏病和心衰是当今世界发病率和死亡率最高的疾病之一。目前最有效的疗法为再生疗法，即用活性功能心肌组织去替代坏死心肌层。传统的细胞疗法在治疗方面无法获得理想效果，其局限在于：1）细胞注射植入体内后，留存率太低2）植入的多功能干细胞诱导的心肌细胞成熟度太低，导致其收缩和电生理功能有限3）无法模拟天然心肌组织的纤维状细胞外基质和生物力学性能。急需制造一种可以克服以上三种问题的真正有效的功能性心肌组织。针对上述瓶颈，乌德勒支大学JosMalda教授团队前期就对利用近场直写支架促进诱导心肌组织成形进行过探索（Adv.HealthcareMater.,6,），但是所制造直线型支架形变性能有限，无法满足心肌细胞各向异性收缩的要求。
文章报道了一种利用近场直写技术打印的拥有可控六边形结构且高度可拉升的纤维支架。除了可以产生大幅度的可逆形变外（超过40%），该支架还极度柔顺，可比普通矩形网格近场直写纤维支架多传递超过40倍的弹性能。当把由多功能干细胞诱导的心肌细胞裹上水凝胶与该支架混合之后，同普通矩形网格纤维支架相比，心肌组织的搏动率提升了1.5倍，细胞的定向性，肌节含量，组织化程度以及标志心肌成熟的特定基因表达都有显著提升。除此之外，该复合支架还拥有优异的形状恢复特性，适宜于微创移植手术。该复合支架可以作为一种促进心肌细胞成熟化的心脏补片应用于心脏组织工程领域。
研究人员首先针对熔体近场直写的悬绳滞后效应，研究了其精确沉积六边形网格支架的工艺。探究了直线平移速度，拐角速度，支架结构参数以及纤维堆叠层数对图案精确沉积的影响。结果显示，想要精确沉积这种六边形网格图案，首先要在直线结构处用两倍关键平移速度（CTS），并在拐角处提前适当降速；其次所设计结构尺寸不能太小，否则喷头没有足够时间减速变向；结构夹角在60°左右，所造成的图案沉积误差最小。（关键平移速度CTS：当平移速度CTS，沉积纤维呈现卷曲态；平移速度≥CTS，沉积纤维为直线态）
之后，研究人员对比了六边形网格支架同普通矩形直线网格支架的力学性能。结果显示，在多项指标上，前者均比后者提升很多倍。六边形网格支架的弹性形变范围可达35-40%，而普通直线网格支架只有2-3.5%。前者吸收或者释放弹性能的能力也是后者的20-40倍。紧接着，为了能够制造出功能性心肌补片，研究人员将多功能干细胞诱导的心肌细胞包裹在水凝胶中，与支架混合并进行静态培养（同样用直线网格支架作为对照组）。结果显示，细胞培养7天之后，六边形复合支架中的心肌细胞的搏动率显著高于直线复合支架中的，表明支架力学性能对心肌细胞的收缩能力有一定影响。除此以外，根据14天后的免疫荧光染色结果，心肌细胞在六边形复合支架中的组织化程度和肌节密度要明显高于矩形直线复合支架。最后，通过对比心肌细胞在两种复合支架中7天和14天的特定基因表达情况可知，心肌细胞在六边形复合支架中的的收缩，放电和代谢功能都要显著高于矩形网格复合支架，即心肌细胞在六边形复合支架中成熟度更高。最后，为了验证这种补片在微创移植手术中的可行性，研究人员利用内径仅为1.5mm的导液管在体外和活猪体内传输补片。结果显示，传输完毕后，补片展现出极好的形状恢复功能。当用纤维蛋白胶将补片粘在跳动猪心脏上之后，补片中的细胞没有受到明显负面影响。论文链接：