3D 模型显示镉暴露如何导致先天性心脏缺陷

3D 模型显示镉暴露如何导致先天性心脏缺陷

研究人员开发了一个三维模型，展示了镉接触如何导致先天性心脏缺陷。 先天性心脏病是美国最常见的出生缺陷，每年影响近 40,000 名新生儿。 该模型由美国国立卫生研究院下属的国家环境健康科学研究所 (NIEHS) 的科学家开发。

镉是一种可以通过采矿和各种工业过程释放到环境中的金属，已在空气、土壤、水和烟草中发现。 当植物从土壤中吸收金属时，金属就会进入食物链。 先前的研究表明，母亲接触镉可能是先天性心脏病的一个重要危险因素。

研究人员利用源自人体细胞和组织的模型（称为体外模型）设计了一种模仿人类心脏发育方式的 3D 类器官模型。 研究人员发现，接触低浓度的镉会如何阻碍心肌细胞的正常形成，心肌细胞是构成心脏的主要细胞类型。 在此过程中，他们发现了可以解释镉如何导致心脏异常的生物学机制。

我们创建的模型不仅可用于研究镉，还可用于研究其他化学物质和物质。”

Erik Tokar 博士，NIEHS 转化毒理学部 (DTT) 机械毒理学部首席研究员

在这项研究中，研究人员开发了三种不同的模型来评估镉对心脏发育不同阶段的影响。

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首先，他们使用人类多能干细胞开发 3D 胚状体，以模仿人类组织和器官形成的早期步骤。 然后，他们使用了含有已知参与心脏发育的荧光调节蛋白系统（NKX2-5）的二维体外模型，这使他们能够研究镉暴露后的毒性。

3D 心脏类器官模型可以模拟跳动的心脏，证实了在其他两个模型中所观察到的情况，并显示低剂量的镉如何抑制正常的心肌细胞功能。

这项研究发表在《环境健康展望》杂志上，建立在毒理学研究人员数十年的工作基础上，旨在增进人们对环境暴露如何导致癌症、心血管疾病、自闭症和其他疾病等人类疾病的了解。

DTT 科学总监、DVM 博士 Brian Berridge 指出：“这些新模型利用了先进的技术，使我们能够以能够识别对人类健康的真正威胁的方式对人类生物学进行建模。” “它们还有助于减少我们对动物测试的依赖。”

“我们发现，早期接触人体相关水平的镉会对心肌细胞分化产生显着的抑制作用，而后期接触则没有这种效果，”进行这些研究的吴贤博士说。 “这种镉暴露还损害了心脏的类器官功能。”

来源：

美国国立卫生研究院

参考：

吴，X.，等人。 (2022) 镉存在下的心脏发育：人类胚胎干细胞和心脏类器官的体外研究。 环境健康观点。 doi.org/10.1289/EHP11208 。

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