中国科学院动物研究所研究员顾奇、胡宝洋、冯桂海与沈阳自动化研究所研究员郑雄飞合作，提出并验证了一种基于剪切应力场调控的生物3D打印新策略——NEAT，为软组织跨尺度取向结构制造提供了工程化解决方案。相关成果发表于《细胞-干细胞》。

在生物制造领域，如何在超软、高含水的三维材料体系中实现稳定可控的空间取向结构，是复杂功能组织构建的核心难题之一。传统打印难以兼顾结构成形性、取向一致性与长期稳定性，限制了其在神经等高度各向异性软组织构建中的应用。

研究团队提出NEAT生物打印策略，将材料层级组装过程直接嵌入打印制造环节。在保留I型胶原三螺旋结构及天然生物活性的前提下，研究团队通过降冰片烯化学修饰引入快速光交联能力，随后利用挤出打印喷嘴内形成的可控剪切应力场，在材料沉积过程中同步诱导胶原纤维发生定向重排与层级组装。

通过系统调控喷嘴直径、挤出压力、打印速度及温度等工程参数，研究团队实现了50–200 nm尺度胶原纳米纤维的定向排列、微米级纤维束的连续组装、厘米级三维结构的整体取向一致性构建。

在体外功能验证中，NEAT构建的取向结构为人神经干细胞提供了高度仿生的物理微环境。与非取向打印对照相比，取向结构显著提升了神经干细胞沿打印方向排列和定向分化的能力，具有神经元特征的细胞比例显著提高，向打印构建的神经组织表现出更强的网络同步振荡活动、更高的神经元自发放电频率以及更大的电压门控钠电流峰值，整体呈现出更为成熟和稳定的神经网络功能特征。

在进一步的体内概念验证中，研究团队将NEAT构建的取向结构移植至大鼠T9–10节段全横断脊髓损伤模型。结果显示，在复杂的生理力学环境、炎症反应及组织重塑过程中，取向打印结构仍可长期保持其空间取向特征，并作为稳定的物理模板参与组织重建；与非取向对照组相比，取向打印组在轴突跨损伤区连续生长、神经元重连、髓鞘形成及血管新生等方面均表现出系统性优势。

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相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.12.021