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專訪 | 對話以色列科研團隊:全球首例3D打印完整心臟如何出爐

每日經濟新聞 2019-04-19 21:18:15

在以色列特拉維夫大學,塔爾·德維爾教授的團隊創造了世界上第一顆具備細胞和血管的3D打印心臟,它的問世有可能成為心臟病治療領域的巨大進步。《每日經濟新聞》記者獨家對話塔爾·德維爾教授的科研團隊,揭秘全球首例3D打印心臟背后不可人知的故事。

每經記者 余佩穎    每經編輯 楊歡


圖片來源:央視截圖

當聚光燈投射在以色列特拉維夫大學的一間實驗室內,塔爾·德維爾教授(Tal Dvir)站在房間里,手上托著一塊裝有紅色物體的透明立方塊。就在這塊紅色物體初次亮相后,“刷爆”了全球媒體的頭版頭條。

這塊紅色物體是塔爾·德維爾教授團隊使用病人自身細胞和生物材料充當“生物墨水”,再借由3D打印技術打印出的全球首例完整心臟。“第一次有人成功地設計并打印出了充滿細胞、血管、心腔的完整心臟”,塔爾·德維爾教授難掩興奮。

這項技術的突破為器官和組織移植帶來了新的希望,未來患者可能將無需長時間等待或者服用藥物來防止排異反應。《每日經濟新聞》記者(以下簡稱NBD)獨家對話塔爾·德維爾教授的科研團隊,揭秘全球首例3D打印心臟背后不可人知的故事。

15萬美元打印機 6人團隊

NBD:使用3D技術打印完整心臟的想法是怎么萌生的呢?

塔爾·德維爾教授實驗室:我們的實驗室專門研究心臟組織工程,在我們的研究中,更為“常規”的研究對象是可放置在引起心肌梗塞(心臟病發作)的病變部位的細胞化“貼片”。在獲得足夠的3D打印知識后,我們認為利用這項技術能夠構建像心臟這樣的細胞復雜器官,它會包含主要的血管以及該器官的內部結構,這可能會印證復雜器官工程化的概念。

NBD:您的研究團隊現在一共有多少人?都是特拉維夫大學的教職員工嗎?

塔爾·德維爾教授實驗室:我們實驗室一共有15個人,其中有6個人參與3D心臟打印這一項目,而所有的實驗室成員都是特拉維夫大學的雇員和學生。說起我們的日常工作,平均每天泡在實驗室的工作時間有11個小時,回家之后我們也常需要處理工作,包括研讀最新的文獻,設計實驗,以及回復郵件等。

NBD:您的團隊是全球第一個打印出充滿細胞、血管、心腔的完整心臟,能成為全球第一,您認為團隊最大的優勢在于什么地方?

塔爾·德維爾教授實驗室:我想這是因為我們的團隊是由一群年輕、有活力的且來自不同領域的研究者組成的。我們既有生物學家,又有生物醫學工程師以及計算機科學家,我們一直在尋找能夠將這些不同的專業知識結合且互補的科學發展。

NBD:這項研究目前投入的資金數額達到多少?這些資金的主要來源是?

塔爾·德維爾教授實驗室:我們研究所需的硬件、材料以及人工成本都是很高的,我們的3D生物打印機及其所需的其他設備的總成本約是15萬美元,但人力成本其實要高得多。當然,正是研究者的腦力才推動研究向前發展。我們的資金來源包括歐洲研究委員會、以色列科技部、以色列科學基金會,我們還從以色列和其他國家的慈善家那里獲得捐助。

NBD:操作這臺3D心臟打印機需要什么專業技術嗎?

塔爾·德維爾教授實驗室:實際上,打印的過程本身并不復雜,具備一定基礎再經過短期的培訓,任何一個工作人員都能操作。但準備打印材料的工作就復雜多了,它需要經驗豐富的外科醫生進行提取,并在實驗室進行專業的測試和處理。此外,打印完成后,還應由組織工程領域的專家進行大量的實驗室工作來使打印出的組織成熟(即像人體組織那樣工作)。

技術將不局限于打印心臟

NBD:目前打印出的完整心臟只是兔子心臟的大小,在發布會上您提到過“打印和人體心臟一樣大小的心臟需要的技術是一樣的”。那么,為何此次打印出的心臟會遠小于人體的心臟?

塔爾·德維爾教授實驗室:由于這項研究是一個概念驗證,因此我們選擇構建小型模型,這是因為它們需要相對少量的細胞,并且只需獲得和加工較少的生物材料。此外,打印全尺寸人類心臟的時間會更長。打印物最終的尺寸也會受到硬件(3D生物打印機)的限制。

NBD:您提到過現在打印的心臟無法像正常心臟一樣跳動,在后續的研究中你們將會培養它的泵血功能。您認為要實現這一目標,需要突破的最大難點是?這大概需要多長時間以及多少資金?

塔爾·德維爾教授實驗室:我們現在需要克服的最大挑戰來源于組織和器官的長期培育及成熟,就我們的案例而言,即心臟能夠同步收縮并泵血,讓它像真正的心臟一樣工作。

在控制條件下,我們正在實驗室的專用生物反應器中研究這一問題。現在遇到的瓶頸是要具備這種培育,以及“教會”不斷進化的組織如何同步收縮的能力。如果我們得到了積極的結果,我們將在動物模型上進行移植實驗。但是現在,我們無法預測這將花費的成本和時間,它取決于現在正在進行的實驗的結果。

NBD:這項技術對于病人的細胞有任何特定的要求嗎?

塔爾·德維爾教授實驗室:程序本身是通用的,對于細胞沒有特殊要求。但是,我們需要注意,這項研究還處于起步階段,仍需要大量的研發投入,它離任何的臨床應用還很遙遠。

NBD:如果3D打印心臟的技術未來能夠成功運用,這項技術能應用于打印其他人體器官嗎?

塔爾·德維爾教授實驗室:如上所述,打印心臟的程序和概念是通用的。它不限于心臟組織或心臟。理論上講,我們能夠想到的其他組織和器官包括腎,肝和肺。正如我們多次強調的,這需要耐心,因為仍然有很多工作需要去做,所有事情都應該通過實踐檢驗。

封面圖來源:攝圖網

責編 楊歡

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