美國國土安全部利用3D打印技術研究有毒化學品對人體的影響

2025年2月，南極熊獲悉，美國國土安全部（DHS）的科學技術局（S&T）正與化學安全分析中心（CSAC）及維克森林再生醫(yī)學研究所（WFIRM）合作，利用人體肺細胞和組織通過3D打印技術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品危害評估。



化學物質的危害與挑戰(zhàn)
氨和氯等化學物質對港口和工廠工人來說極其危險，這些化學物質在美國的運輸量非常大，無論是意外泄漏還是使用，都構成了重大威脅。急救人員在應對這類事故時面臨的巨大的風險，接觸這種有害化學物質可能導致健康問題。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險概率分析計劃
通過美國國家威脅危害和風險概率分析（PANTHR）計劃下的化學威脅表征（CTC）項目，器官芯片（OOAC）研究能夠更加準確地模擬有毒物質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重要。



3D打印肺組織的研究應用
CTC項目經理Theresa Pennington指出：“我們與維克森林再生醫(yī)學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)化學劑的反應?！?br />
WFIRM項目的聯(lián)合負責人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構的可滲透膜內，內部含有微小管道，空氣可以通過這些管道流動。每個小管直徑大約60微米，相當于一根頭發(fā)的粗細。研究團隊將含有有毒化學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的細胞相互作用?！?br />


精確研究毒性影響
通過對OTE暴露于特定濃度的有毒物質，研究人員可以詳細研究毒性造成的獨特損傷特征，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、防止大規(guī)模健康危機至關重要。Pennington說：“這種研究是判斷某人是否接觸了這些有毒物質以及其短期和長期健康影響的唯一方法，同時，它也為醫(yī)務人員提供了決策依據，有助于為患者設計最佳治療方案?！?br />
未來展望
CSAC高級研究員Rabih Jabbour表示：“希望這項關于人類接觸毒素后的反應的研究不僅能幫助我們了解這些毒素的影響，還能指導未來開發(fā)有效的醫(yī)療對策，以減輕或逆轉毒素帶來的傷害，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物質對人體的影響，同時為預防和治療由這些物質引起的各種健康問題提供新思路。