文献导读：

心血管疾病是全球健康的重大挑战，心脏组织工程通过 3D 打印和静电纺丝等生物制造技术，利用导电生物聚合物基水凝胶和纤维材料来构建功能性心脏组织。3D 打印可模拟天然心脏组织的层次结构，静电纺丝能产生高表面积和孔隙率的纳米纤维支架，两者结合可制备接近天然心脏组织特性的贴片。研究者发表综述，总结了相关材料的应用、聚合物与导电成分的协同效应、面临的挑战及未来生物医学应用前景。相关研究内容以“Electrically conductive biopolymer-based hydrogels and fibrous materials fabricated using 3D printing and electrospinning for cardiac tissue engineering”为题目，发表在期刊《Bioactive Materials ( IF 18.0 )》上。

本文要点：

1、在这篇综述中，最近的研究展示了利用3D打印和/或静电纺丝设计的导电生物聚合物纤维材料和水凝胶在心脏组织工程中的应用。

2、此外，本文还评估了生物聚合物基材料和3D打印导电水凝胶中的电子元件的协同效应。

3、它还讨论了制造这些水凝胶所面临的挑战，并探讨了它们在生物医学应用方面的未来前景。

一张图看懂全文：

3D 打印与静电纺丝技术在心脏组织工程中如何协同作用？

1、3D 打印技术可精准构建心脏组织的宏观结构与复杂几何形状，如心室样腔体或血管网络

2、静电纺丝能制备纳米级纤维支架，模拟细胞外基质的微观结构。

3、两者结合时，3D 打印提供结构支撑，静电纺丝添加纳米纤维增强力学性能与电传导性。

4、例如，将取向电纺纤维嵌入 3D 打印水凝胶中，可引导心肌细胞排列，提升收缩同步性，电纺纤维的高表面积还能促进细胞黏附与增殖，协同提升工程心脏组织的功能。

图 1.（A）心肌纤维和肌节的结构 —— 肌肉收缩的功能单位。（B）心脏组织的关键组成部分，突出显示心肌细胞、细胞外基质（ECM）和生物物理特性。（C）心脏多层结构概述。

图 2. 3D 打印与静电纺丝技术：(A) 基于激光的立体光刻技术，(B) 数字光投影 (DLP)，(C) 选择性激光烧结 (SLS)，(D) 熔融沉积成型 (FDM)，(E) 基于喷墨的打印技术，(F) 基于挤出的打印技术 (EBB)，(G) 激光辅助打印 (LAB)。 (H) 用于纳米纤维制备的静电纺丝装置。

图 3.（A）（i-ii）用于开发组织工程补片的网格图案化细胞排列的激光诱导前向转移（LIFT）生物打印工艺设计。（iii）在大鼠动物模型中，将补片体内植入至变白的心肌区域。（B）（i）经 HUVEC/hMSC 共培养处理的 Pecam1 染色补片的免疫荧光显微图像，显示接种后 8 天在打印图案中形成血管。（ii）在随机接种的对照基质上观察到的血管形成极少。（C）（i-iii）心肌梗死 8 周后，心脏补片中的细胞浸润情况，左侧为免疫荧光染色，右侧为苏木精 - 伊红（HE）染色。在支架中可见经荧光素番茄凝集素染色的功能性血管（iii，白色）。

图 4.（A）（i-ii）细胞静电纺丝装置，（iii）为携带心肌细胞的纤维/支架的荧光图像。（B）细胞静电纺丝样品与培养对照组的细胞存活率。（C）接种新生大鼠心肌细胞的共聚焦显微图像 [细胞静电纺丝组（CE）和培养对照组（CC）]。染色显示结构良好的肌原纤维，A 带蛋白 MyBP-C（绿色，上行）、Z 盘蛋白肌节 α- 肌动蛋白（红色，上行）和 M 带蛋白肌间线蛋白（红色，下行）。相邻心肌细胞间的缝隙连接通过 Cx43 染色（绿色，下行；箭头）显示，两组均清晰可见。

图 5.（A）采用 3D 打印 - 静电纺丝混合方法开发的模块化纳米纤维支架砖的乐高式组装。（B）（i）流体对 3D 工程肌肉的影响及层状排列对生物学特性的影响，（ii）不同流速下 3D 血管化肌肉内不同层的荧光图像（红色 = 血管，绿色 = 肌管，蓝色 = 细胞核）。（C）利用纳米纤维模板模拟细胞定向生长取向的模块化支架砖的乐高式组装。

图 6.（A）用于复制天然心脏组织结构的支架设计与制备。（i）示意图展示了从心内膜到心外膜具有交织结构的取向细胞层的逐渐过渡。（ii）使用集成 3D 打印和静电纺丝技术制备多尺度各向异性支架，并进一步将工程化心脏组织与微流控芯片结合，构建用于药物研究的芯片心脏平台。（B）在具有不同直径和间距的多尺度支架上培养心肌细胞。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2025.05.014