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专访 | 对话以色列科研团队:全球首例3D打印完整心脏如何出炉

每日经济新闻 2019-04-19 21:18:15

在以色列特拉维夫大学,塔尔·德维尔教授的团队创造了世界上第一颗具备细胞和血管的3D打印心脏,它的问世有可能成为心脏病治疗领域的巨大进步。《每日经济新闻》记者独家对话塔尔·德维尔教授的科研团队,揭秘全球首例3D打印心脏背后不可人知的故事。

每经记者 余佩颖    每经编辑 杨欢


图片来源:央视截图

当聚光灯投射在以色列特拉维夫大学的一间实验室内,塔尔·德维尔教授(Tal Dvir)站在房间里,手上托着一块装有红色物体的透明立方块。就在这块红色物体初次亮相后,“刷爆”了全球媒体的头版头条。

这块红色物体是塔尔·德维尔教授团队使用病人自身细胞和生物材料充当“生物墨水”,再借由3D打印技术打印出的全球首例完整心脏。“第一次有人成功地设计并打印出了充满细胞、血管、心腔的完整心脏”,塔尔·德维尔教授难掩兴奋。

这项技术的突破为器官和组织移植带来了新的希望,未来患者可能将无需长时间等待或者服用药物来防止排异反应。《每日经济新闻》记者(以下简称NBD)独家对话塔尔·德维尔教授的科研团队,揭秘全球首例3D打印心脏背后不可人知的故事。

15万美元打印机 6人团队

NBD:使用3D技术打印完整心脏的想法是怎么萌生的呢?

塔尔·德维尔教授实验室:我们的实验室专门研究心脏组织工程,在我们的研究中,更为“常规”的研究对象是可放置在引起心肌梗塞(心脏病发作)的病变部位的细胞化“贴片”。在获得足够的3D打印知识后,我们认为利用这项技术能够构建像心脏这样的细胞复杂器官,它会包含主要的血管以及该器官的内部结构,这可能会印证复杂器官工程化的概念。

NBD:您的研究团队现在一共有多少人?都是特拉维夫大学的教职员工吗?

塔尔·德维尔教授实验室:我们实验室一共有15个人,其中有6个人参与3D心脏打印这一项目,而所有的实验室成员都是特拉维夫大学的雇员和学生。说起我们的日常工作,平均每天泡在实验室的工作时间有11个小时,回家之后我们也常需要处理工作,包括研读最新的文献,设计实验,以及回复邮件等。

NBD:您的团队是全球第一个打印出充满细胞、血管、心腔的完整心脏,能成为全球第一,您认为团队最大的优势在于什么地方?

塔尔·德维尔教授实验室:我想这是因为我们的团队是由一群年轻、有活力的且来自不同领域的研究者组成的。我们既有生物学家,又有生物医学工程师以及计算机科学家,我们一直在寻找能够将这些不同的专业知识结合且互补的科学发展。

NBD:这项研究目前投入的资金数额达到多少?这些资金的主要来源是?

塔尔·德维尔教授实验室:我们研究所需的硬件、材料以及人工成本都是很高的,我们的3D生物打印机及其所需的其他设备的总成本约是15万美元,但人力成本其实要高得多。当然,正是研究者的脑力才推动研究向前发展。我们的资金来源包括欧洲研究委员会、以色列科技部、以色列科学基金会,我们还从以色列和其他国家的慈善家那里获得捐助。

NBD:操作这台3D心脏打印机需要什么专业技术吗?

塔尔·德维尔教授实验室:实际上,打印的过程本身并不复杂,具备一定基础再经过短期的培训,任何一个工作人员都能操作。但准备打印材料的工作就复杂多了,它需要经验丰富的外科医生进行提取,并在实验室进行专业的测试和处理。此外,打印完成后,还应由组织工程领域的专家进行大量的实验室工作来使打印出的组织成熟(即像人体组织那样工作)。

技术将不局限于打印心脏

NBD:目前打印出的完整心脏只是兔子心脏的大小,在发布会上您提到过“打印和人体心脏一样大小的心脏需要的技术是一样的”。那么,为何此次打印出的心脏会远小于人体的心脏?

塔尔·德维尔教授实验室:由于这项研究是一个概念验证,因此我们选择构建小型模型,这是因为它们需要相对少量的细胞,并且只需获得和加工较少的生物材料。此外,打印全尺寸人类心脏的时间会更长。打印物最终的尺寸也会受到硬件(3D生物打印机)的限制。

NBD:您提到过现在打印的心脏无法像正常心脏一样跳动,在后续的研究中你们将会培养它的泵血功能。您认为要实现这一目标,需要突破的最大难点是?这大概需要多长时间以及多少资金?

塔尔·德维尔教授实验室:我们现在需要克服的最大挑战来源于组织和器官的长期培育及成熟,就我们的案例而言,即心脏能够同步收缩并泵血,让它像真正的心脏一样工作。

在控制条件下,我们正在实验室的专用生物反应器中研究这一问题。现在遇到的瓶颈是要具备这种培育,以及“教会”不断进化的组织如何同步收缩的能力。如果我们得到了积极的结果,我们将在动物模型上进行移植实验。但是现在,我们无法预测这将花费的成本和时间,它取决于现在正在进行的实验的结果。

NBD:这项技术对于病人的细胞有任何特定的要求吗?

塔尔·德维尔教授实验室:程序本身是通用的,对于细胞没有特殊要求。但是,我们需要注意,这项研究还处于起步阶段,仍需要大量的研发投入,它离任何的临床应用还很遥远。

NBD:如果3D打印心脏的技术未来能够成功运用,这项技术能应用于打印其他人体器官吗?

塔尔·德维尔教授实验室:如上所述,打印心脏的程序和概念是通用的。它不限于心脏组织或心脏。理论上讲,我们能够想到的其他组织和器官包括肾,肝和肺。正如我们多次强调的,这需要耐心,因为仍然有很多工作需要去做,所有事情都应该通过实践检验。

封面图来源:摄图网

责编 杨欢

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