2025年2月10日，美國(guó)國(guó)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(xì)胞和組織3D打印至微芯片上，以便進(jìn)行高級(jí)有毒化學(xué)品危害分析。
 

       氨和氯等化學(xué)物質(zhì)極為危險(xiǎn)，尤其是對(duì)港口和工廠工人而言。這些化學(xué)物質(zhì)依然是美國(guó)運(yùn)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(duì)事故時(shí)，急救人員可能面臨巨大風(fēng)險(xiǎn)，接觸這些化學(xué)物質(zhì)可能帶來(lái)即時(shí)或長(zhǎng)期的健康風(fēng)險(xiǎn)。S&T的目標(biāo)是通過(guò)理解并減輕這些危害，保護(hù)公眾安全。通過(guò)國(guó)家威脅、危害和風(fēng)險(xiǎn)概率分析（PANTHR）計(jì)劃中的化學(xué)威脅表征（CTC）項(xiàng)目，器官芯片（OOAC）研究能夠精確地研究有毒物質(zhì)對(duì)人體肺組織的影響。
 

       CTC項(xiàng)目經(jīng)理Theresa Pennington表示：“我們與維克森林研究所的合作對(duì)器官芯片研究至關(guān)重要。通過(guò)我們的OOAC計(jì)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?yàn)镺TE比任何其它方法更精確地模擬了人體肺組織對(duì)氣態(tài)化學(xué)劑的反應(yīng)。”
     WFIRM項(xiàng)目聯(lián)合負(fù)責(zé)人Sean Murphy博士補(bǔ)充道：“整個(gè)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(shí)的肺，內(nèi)含微小管道，空氣通過(guò)這些管道流動(dòng)。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(shí)，毒素與管內(nèi)細(xì)胞發(fā)生相互作用。”
 

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(guò)將OTE暴露于特定濃度的有毒物質(zhì)，研究人員能夠研究獨(dú)特的損傷特征。準(zhǔn)確識(shí)別物質(zhì)和暴露水平對(duì)于及時(shí)提供醫(yī)療干預(yù)和保護(hù)社區(qū)免受大規(guī)模健康危機(jī)至關(guān)重要。Pennington說(shuō)補(bǔ)充道：“這項(xiàng)研究可能是唯一一種方式，能夠確定個(gè)體是否暴露于有毒物質(zhì)，并了解這種暴露可能帶來(lái)的短期和長(zhǎng)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(jí)研究員Rabih Jabbour總結(jié)道：“我們期望這項(xiàng)關(guān)于人類接觸毒素后反應(yīng)的研究將有助于未來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)有效的醫(yī)療對(duì)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(lái)說(shuō)，這項(xiàng)創(chuàng)新研究標(biāo)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(hù)方面的巨大潛力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，預(yù)計(jì)未來(lái)將有更多類似的3D打印應(yīng)用出現(xiàn)，以應(yīng)對(duì)各種環(huán)境和健康挑戰(zhàn)。

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