米国国土安全保障省は3Dプリントを使用して有毒化学物質が人体に与える影響を研究している

2025年2月、アンタークティックベアは、米国国土安全保障省（DHS）の科学技術局（S&T）が化学安全分析センター（CSAC）およびウェイクフォレスト再生医療研究所（WFIRM）と協力し、3Dプリント技術を通じて人間の肺細胞と組織を使用し、マイクロチップ上に臓器モデルを作成していることを知りました。この革新的な方法は、有毒化学物質のより正確な危険性評価を実施することを目的としています。

化学物質の危険性と課題<br /> アンモニアや塩素などの化学物質は港や工場の労働者にとって極めて危険であり、米国ではこれらの化学物質が大量に輸送されているため、偶発的な放出や使用によって大きな脅威が生じています。こうした種類の事故に対応する際に救急隊員が直面するリスクは非常に大きく、この有害な化学物質にさらされると健康上の問題を引き起こす可能性があります。公衆の安全を守るために、S&T はこれらの危険を軽減することに尽力しています。

米国国家脅威ハザードおよびリスク確率分析プログラム<br /> 米国国家脅威・危険・リスク確率分析（PANTHR）プログラムに基づく化学的脅威特性評価（CTC）プロジェクトを通じて、臓器オンチップ（OOAC）研究は、効果的な保護対策を開発する上で極めて重要な、有毒物質が人間の肺組織に及ぼす影響をより正確にシミュレートすることができます。

3Dプリント肺組織の研究応用
「ウェイクフォレスト再生医療研究所との協力により、チップ上の臓器の開発が進みました」と、CTC プロジェクトマネージャーのテレサペニントン氏は語ります。「OOAC プロジェクトでは、研究者が肺組織相当物 (OTE) をマイクロチップ上に 3D プリントし、有毒な蒸気にさらしました。この方法は、既存の他の方法よりも、人間の肺組織がガス状化学物質にどのように反応するかをより現実的に反映しています。」

WFIRM プロジェクトの共同リーダーであるショーン・マーフィー博士は次のように付け加えた。「マイクロチップ全体の大きさはわずか 1 インチ x 2 インチです。新しい OTE は、実際の肺の構造に似た透過性膜に収められており、空気が流れる小さなチューブが含まれています。各チューブの直径は約 60 ミクロンで、これは髪の毛 1 本分の太さに相当します。研究チームは、これらのチューブに有毒な化学蒸気を含む空気を送り込み、煙を吸い込んだ状況をシミュレートしました。これにより、毒素がチューブ内の細胞と直接相互作用することができました。」

毒性効果を正確に研究する<br /> OTE を特定濃度の毒物にさらすことで、研究者は毒性によって引き起こされる特有の損傷特性を詳細に研究することができます。特定の毒物とその暴露レベルを特定することは、タイムリーな医療介入を提供し、大規模な健康危機を防ぐために不可欠です。「この種の研究は、誰かがこれらの毒物にさらされたかどうか、そして短期的および長期的な健康への影響が何であるかを知る唯一の方法であり、医療従事者が決定を下し、患者にとって最善の治療法を設計するのに役立つ基礎も提供する」とペニントン氏は述べた。

今後の展望
「毒素に対する人間の反応に関するこの研究が、毒素の影響を理解するのに役立つだけでなく、毒素によって引き起こされる損傷を軽減または回復するための効果的な医療対策の開発に将来的に役立ち、それによって人命が救われることを願っています」と、CSAC の上級研究員であるラビ・ジャブール氏は述べました。「このような最先端の研究を通じて、有毒化学物質が人体に与える影響をよりよく理解できると同時に、これらの物質によって引き起こされるさまざまな健康問題の予防と治療に関する新しいアイデアを提供することができます。」

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