3D打印肺组织用于深入研究有毒化学蒸气对人类健康的潜在影响

2025年2月10日，南极熊获悉，美国国土安全部（DHS）科学技术局（S&T）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，正在致力于将人体肺细胞和组织3D打印至微芯片上，以便进行高级有毒化学品危害分析。

△研究人员采用3D打印技术用于深入研究化学气体对人体的伤害

3D打印肺组织微芯片用于化学危害研究

氨和氯等化学物质极为危险，尤其是对港口和工厂工人而言。这些化学物质依然是美国运输量最大的化学品之一，因此意外泄漏或恶意使用构成重大威胁。在应对事故时，急救人员可能面临巨大风险，接触这些化学物质可能带来即时或长期的健康风险。S&T的目标是通过理解并减轻这些危害，保护公众安全。通过国家威胁、危害和风险概率分析（PANTHR）计划中的化学威胁表征（CTC）项目，器官芯片（OOAC）研究能够精确地研究有毒物质对人体肺组织的影响。

CTC项目经理Theresa Pennington表示：“我们与维克森林研究所的合作对器官芯片研究至关重要。通过我们的OOAC计划，我们3D打印肺器官组织等效物（OTE）到微芯片上，并将它们暴露于有毒蒸汽中。我们选择这种方法是因为OTE比任何其它方法更精确地模拟了人体肺组织对气态化学剂的反应。”

WFIRM项目联合负责人Sean Murphy博士补充道：“整个微芯片尺寸仅1×2英寸，甚至更小。OTE位于可渗透膜内，类似于真实的肺，内含微小管道，空气通过这些管道流动。这些管道直径约为60微米，与人类头发的厚度相近。含有有毒化学蒸汽的空气被泵入管道，模拟吸入烟雾。此时，毒素与管内细胞发生相互作用。”

△3D打印肺组织用于化学危害研究

3D打印器官芯片技术在化学危害研究中的应用与前景

通过将OTE暴露于特定浓度的有毒物质，研究人员能够研究独特的损伤特征。准确识别物质和暴露水平对于及时提供医疗干预和保护社区免受大规模健康危机至关重要。Pennington说补充道：“这项研究可能是唯一一种方式，能够确定个体是否暴露于有毒物质，并了解这种暴露可能带来的短期和长期健康影响。希望它还能为医疗人员提供决策支持，以便为患者制定最佳治疗方案。”

CSAC高级研究员Rabih Jabbour总结道：“我们期望这项关于人类接触毒素后反应的研究将有助于未来设计和开发有效的医疗对策，以减轻甚至可能逆转这些毒素和其它毒素的影响，从而挽救生命。”

总的来说，这项创新研究标志着3D打印技术在生物医学领域的又一重要应用，展示了它在提高公共安全和健康保护方面的巨大潜力。随着技术的不断进步，预计未来将有更多类似的3D打印应用出现，以应对各种环境和健康挑战。