美国国土安全部利用3D打印技术研究有毒化学品对人体的影响

2025年2月，南极熊获悉，美国国土安全部（DHS）的科学技术局（S&T）正与化学安全分析中心（CSAC）及维克森林再生医学研究所（WFIRM）合作，利用人体肺细胞和组织通过3D打印技术制造微芯片上的器官模型，这一创新方法旨在进行更为精确的有毒化学品危害评估。



化学物质的危害与挑战
氨和氯等化学物质对港口和工厂工人来说极其危险，这些化学物质在美国的运输量非常大，无论是意外泄漏还是使用，都构成了重大威胁。急救人员在应对这类事故时面临的巨大的风险，接触这种有害化学物质可能导致健康问题。为了保护公众的安全，S&T致力于减轻此类危害。

美国国家威胁危害和风险概率分析计划
通过美国国家威胁危害和风险概率分析（PANTHR）计划下的化学威胁表征（CTC）项目，器官芯片（OOAC）研究能够更加准确地模拟有毒物质对人体肺组织的影响，这项研究对于制定有效的防护措施至关重要。



3D打印肺组织的研究应用
CTC项目经理Theresa Pennington指出：“我们与维克森林再生医学研究所的合作推动了器官芯片的发展，在OOAC项目中，研究人员将肺器官组织等效物（OTE）3D打印到微芯片上，并将其暴露于有毒蒸汽中，这种方式比其他现有方法更能真实地反映人体肺组织对气态化学剂的反应。”

WFIRM项目的联合负责人Sean Murphy博士补充道：“整个微芯片大小仅为1×2英寸，新的OTE被安置在一个类似真实肺部结构的可渗透膜内，内部含有微小管道，空气可以通过这些管道流动。每个小管直径大约60微米，相当于一根头发的粗细。研究团队将含有有毒化学蒸气的空气泵入这些管道，以此来模拟吸入烟雾的情景。这使得毒素能直接与管内的细胞相互作用。”



精确研究毒性影响
通过对OTE暴露于特定浓度的有毒物质，研究人员可以详细研究毒性造成的独特损伤特征，确定具体的毒物种类及其暴露水平对于及时提供医疗干预、防止大规模健康危机至关重要。Pennington说：“这种研究是判断某人是否接触了这些有毒物质以及其短期和长期健康影响的唯一方法，同时，它也为医务人员提供了决策依据，有助于为患者设计最佳治疗方案。”

未来展望
CSAC高级研究员Rabih Jabbour表示：“希望这项关于人类接触毒素后的反应的研究不仅能帮助我们了解这些毒素的影响，还能指导未来开发有效的医疗对策，以减轻或逆转毒素带来的伤害，从而挽救生命。”通过这样的前沿研究，可以更好地理解有毒化学物质对人体的影响，同时为预防和治疗由这些物质引起的各种健康问题提供新思路。