3D打印肺組織用于深入研究有毒化學(xué)蒸氣對人類健康的潛在影響

2025年2月10日，南極熊獲悉，美國國土安全部（DHS）科學(xué)技術(shù)局（S&T）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，正在致力于將人體肺細胞和組織3D打印至微芯片上，以便進行高級有毒化學(xué)品危害分析。

△研究人員采用3D打印技術(shù)用于深入研究化學(xué)氣體對人體的傷害

3D打印肺組織微芯片用于化學(xué)危害研究

氨和氯等化學(xué)物質(zhì)極為危險，尤其是對港口和工廠工人而言。這些化學(xué)物質(zhì)依然是美國運輸量最大的化學(xué)品之一，因此意外泄漏或惡意使用構(gòu)成重大威脅。在應(yīng)對事故時，急救人員可能面臨巨大風(fēng)險，接觸這些化學(xué)物質(zhì)可能帶來即時或長期的健康風(fēng)險。S&T的目標是通過理解并減輕這些危害，保護公眾安全。通過國家威脅、危害和風(fēng)險概率分析（PANTHR）計劃中的化學(xué)威脅表征（CTC）項目，器官芯片（OOAC）研究能夠精確地研究有毒物質(zhì)對人體肺組織的影響。

CTC項目經(jīng)理Theresa Pennington表示：“我們與維克森林研究所的合作對器官芯片研究至關(guān)重要。通過我們的OOAC計劃，我們3D打印肺器官組織等效物（OTE）到微芯片上，并將它們暴露于有毒蒸汽中。我們選擇這種方法是因為OTE比任何其它方法更精確地模擬了人體肺組織對氣態(tài)化學(xué)劑的反應(yīng)。”

WFIRM項目聯(lián)合負責(zé)人Sean Murphy博士補充道：“整個微芯片尺寸僅1×2英寸，甚至更小。OTE位于可滲透膜內(nèi)，類似于真實的肺，內(nèi)含微小管道，空氣通過這些管道流動。這些管道直徑約為60微米，與人類頭發(fā)的厚度相近。含有有毒化學(xué)蒸汽的空氣被泵入管道，模擬吸入煙霧。此時，毒素與管內(nèi)細胞發(fā)生相互作用。”

△3D打印肺組織用于化學(xué)危害研究

3D打印器官芯片技術(shù)在化學(xué)危害研究中的應(yīng)用與前景

通過將OTE暴露于特定濃度的有毒物質(zhì)，研究人員能夠研究獨特的損傷特征。準確識別物質(zhì)和暴露水平對于及時提供醫(yī)療干預(yù)和保護社區(qū)免受大規(guī)模健康危機至關(guān)重要。Pennington說補充道：“這項研究可能是唯一一種方式，能夠確定個體是否暴露于有毒物質(zhì)，并了解這種暴露可能帶來的短期和長期健康影響。希望它還能為醫(yī)療人員提供決策支持，以便為患者制定最佳治療方案。”

CSAC高級研究員Rabih Jabbour總結(jié)道：“我們期望這項關(guān)于人類接觸毒素后反應(yīng)的研究將有助于未來設(shè)計和開發(fā)有效的醫(yī)療對策，以減輕甚至可能逆轉(zhuǎn)這些毒素和其它毒素的影響，從而挽救生命。”

總的來說，這項創(chuàng)新研究標志著3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的又一重要應(yīng)用，展示了它在提高公共安全和健康保護方面的巨大潛力。隨著技術(shù)的不斷進步，預(yù)計未來將有更多類似的3D打印應(yīng)用出現(xiàn)，以應(yīng)對各種環(huán)境和健康挑戰(zhàn)。