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，這些化學(xué)物質(zhì)在美國的運輸量非常大，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)對這類事故時面臨的巨大的風(fēng)險，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)險概率分析計劃
通過美國國家威脅危害和風(fēng)險概率分析（PANTHR）計劃下的化學(xué)威脅表征（CTC）項目，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，這項研究對于制定有效的防護措施至關(guān)重要。



3D打印肺組織的研究應(yīng)用
CTC項目經(jīng)理Theresa Pennington指出：“我們與維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所的合作推動了器官芯片的發(fā)展，在OOAC項目中，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)有方法更能真實地反映人體肺組織對氣態(tài)化學(xué)劑的反應(yīng)�！�

WFIRM項目的聯(lián)合負(fù)責(zé)人Sean Murphy博士補充道：“整個微芯片大小僅為1×2英寸，新的OTE被安置在一個類似真實肺部結(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。每個小管直徑大約60微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)的粗細(xì)。研究團隊將含有有毒化學(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提供醫(yī)療干預(yù)、防止大規(guī)模健康危機至關(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，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)計最佳治療方案�！�

未來展望
CSAC高級研究員Rabih Jabbour表示：“希望這項關(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�！蓖ㄟ^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。