美國國土安全部利用3D打印技術(shù)研究有毒化學(xué)品對人體的影響

2025年2月，南極熊獲悉，美國國土安全部（DHS）的科學(xué)技術(shù)局（S&T）正與化學(xué)安全分析中心（CSAC）及維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所（WFIRM）合作，利用人體肺細(xì)胞和組織通過3D打印技術(shù)制造微芯片上的器官模型，這一創(chuàng)新方法旨在進(jìn)行更為精確的有毒化學(xué)品危害評估。



化學(xué)物質(zhì)的危害與挑戰(zhàn)
氨和氯等化學(xué)物質(zhì)對港口和工廠工人來說極其危險(xiǎn)，這些化學(xué)物質(zhì)在美國的運(yùn)輸量非常大，無論是意外泄漏還是使用，都構(gòu)成了重大威脅。急救人員在應(yīng)對這類事故時(shí)面臨的巨大的風(fēng)險(xiǎn)，接觸這種有害化學(xué)物質(zhì)可能導(dǎo)致健康問題。為了保護(hù)公眾的安全，S&T致力于減輕此類危害。

美國國家威脅危害和風(fēng)險(xiǎn)概率分析計(jì)劃
通過美國國家威脅危害和風(fēng)險(xiǎn)概率分析（PANTHR）計(jì)劃下的化學(xué)威脅表征（CTC）項(xiàng)目，器官芯片（OOAC）研究能夠更加準(zhǔn)確地模擬有毒物質(zhì)對人體肺組織的影響，這項(xiàng)研究對于制定有效的防護(hù)措施至關(guān)重要。



3D打印肺組織的研究應(yīng)用
CTC項(xiàng)目經(jīng)理Theresa Pennington指出：“我們與維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所的合作推動(dòng)了器官芯片的發(fā)展，在OOAC項(xiàng)目中，研究人員將肺器官組織等效物（OTE）3D打印到微芯片上，并將其暴露于有毒蒸汽中，這種方式比其他現(xiàn)有方法更能真實(shí)地反映人體肺組織對氣態(tài)化學(xué)劑的反應(yīng)。”

WFIRM項(xiàng)目的聯(lián)合負(fù)責(zé)人Sean Murphy博士補(bǔ)充道：“整個(gè)微芯片大小僅為1×2英寸，新的OTE被安置在一個(gè)類似真實(shí)肺部結(jié)構(gòu)的可滲透膜內(nèi)，內(nèi)部含有微小管道，空氣可以通過這些管道流動(dòng)。每個(gè)小管直徑大約60微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)的粗細(xì)。研究團(tuán)隊(duì)將含有有毒化學(xué)蒸氣的空氣泵入這些管道，以此來模擬吸入煙霧的情景。這使得毒素能直接與管內(nèi)的細(xì)胞相互作用。”



精確研究毒性影響
通過對OTE暴露于特定濃度的有毒物質(zhì)，研究人員可以詳細(xì)研究毒性造成的獨(dú)特?fù)p傷特征，確定具體的毒物種類及其暴露水平對于及時(shí)提供醫(yī)療干預(yù)、防止大規(guī)模健康危機(jī)至關(guān)重要。Pennington說：“這種研究是判斷某人是否接觸了這些有毒物質(zhì)以及其短期和長期健康影響的唯一方法，同時(shí)，它也為醫(yī)務(wù)人員提供了決策依據(jù)，有助于為患者設(shè)計(jì)最佳治療方案。”

未來展望
CSAC高級研究員Rabih Jabbour表示：“希望這項(xiàng)關(guān)于人類接觸毒素后的反應(yīng)的研究不僅能幫助我們了解這些毒素的影響，還能指導(dǎo)未來開發(fā)有效的醫(yī)療對策，以減輕或逆轉(zhuǎn)毒素帶來的傷害，從而挽救生命。”通過這樣的前沿研究，可以更好地理解有毒化學(xué)物質(zhì)對人體的影響，同時(shí)為預(yù)防和治療由這些物質(zhì)引起的各種健康問題提供新思路。