声流控生物组装诱导形态发生：治疗性组织构建的革命性平台

本研究针对体外组织构建中细胞空间分布模拟的难题，开发了声流控生物组装（AB）技术。通过声流体力学调控细胞几何排列与聚集，成功构建了具有纳米-微米-宏观多尺度结构的神经肌肉组织，显著增强收缩功能、电生理特性及治疗效能。该技术突破传统生物打印的细胞密度限制，实现原位组织修复，为再生医学和药物筛选提供创新平台。

　　

组织工程领域的突破：声流控技术重塑功能性组织构建

在再生医学和药物筛选领域，构建具有生理相关性的体外组织一直是科学家面临的重大挑战。传统技术如类器官培养和3D生物打印虽取得进展，但在模拟胚胎发育过程中的细胞空间分布（形态发生）方面仍存在局限。尤其对于神经肌肉等复杂组织，如何同时调控细胞的几何排列和紧密聚集，直接影响组织成熟度和功能表现。由延世大学团队领衔的研究通过创新性声流控生物组装（Acoustofluidic Bioassembly, AB）技术，成功破解了这一难题，相关成果发表于《Nature Communications》。

研究团队开发的核心技术包括：1）基于表面声波（SAW）的压电装置设计，通过叉指换能器（IDTs）产生可控声场；2）多尺度组织模具系统，支持厘米级组织构建；3）结合直接细胞重编程技术获得诱导肌源性祖细胞（iMPCs）；4）整合电生理分析（MEA）和钙成像等功能评估体系。实验使用ICR小鼠原代细胞及人诱导多能干细胞（hiPSCs）来源细胞。

声流控生物组装方法的组织工程应用
通过设计可拆卸组织模具与声场调控系统，研究实现了三大突破：1）构建星形、手臂形等复杂宏观结构的同时保持细胞微米级平行线状排列；2）共组装细胞与纳米颗粒（如金纳米粒）、胶原束形成仿生细胞外基质；3）开发阵列化设备实现组织大规模生产。数值模拟证实声场可显著缩短细胞间距至1.5倍平均直径，促进细胞接触。

直接细胞接触对组织成熟的影响
在神经肌肉组织模型中，AB技术使运动神经元（pMNs）沿肌管表面定向生长，形成更多乙酰胆碱受体（AChRs）和神经肌肉接头（NMJs）。qPCR显示肌源性调节因子（Myf5/MyoD1/MyoG）和肌球蛋白重链（Myh3/8/1）表达显著提升。钙瞬变分析显示iMPC+MN AB组的钙峰值提高37%，收缩同步性增强。微电极阵列记录到更高的电信号幅值和更短峰间隔，证实电生理功能改善。

再生医学中的AB技术应用
在体积性肌肉缺失（VML）小鼠模型中，移植AB构建的组织6周后：1）再生区域厚度增加2.1倍；2）肌纤维横截面积（CSA）达正常组的89%；3）NMJ数量比随机排列组高3.3倍。功能测试显示握力恢复至正常的92%，旋转棒测试潜伏期延长2.7倍。组织学证实血管化和神经支配显著增强，胶原沉积减少81%。

原位组织构建的临床潜力
研究首次实现活体原位组织构建：1）在小鼠后肢缺损处直接组装平行柱状肌纤维；2）在离体脊髓损伤模型中定向排列hiPSC来源神经祖细胞（hiPSC-NPCs），轴突生长与脊髓主轴平行。手持式设备的开发为术中应用奠定基础。

这项研究开创性地将声流体力学与发育生物学原理结合，其意义在于：1）突破传统生物打印的细胞密度-分辨率矛盾，单细胞精度下实现10⁷ cells/mL高密度组装；2）首次证实声场诱导的细胞排列可促进NMJ功能成熟；3）为急性损伤修复提供"按需打印"解决方案。技术延展性已通过心肌、血管等多组织验证，为复杂器官构建提供普适性平台。未来通过整合微流控梯度生成等技术，有望进一步模拟组织的空间异质性，推动再生医学向临床转化迈进。