研究人员开发了一个三维模型，显示接触镉如何导致先天性心脏病。先天性心脏病每年影响近 40,000 名新生儿，是最常见的出生缺陷类型。该模型由国立卫生研究院下属的国家环境健康科学研究所 (NIEHS) 的科学家创建。
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，在空气、土壤、水和烟草中都有发现。当植物从土壤中吸收金属时，金属会进入食物链。以前的研究表明，母亲接触镉可能是先天性心脏病的重要危险因素。
研究人员使用源自人体细胞和组织的模型(称为体外模型)设计了一个 3D 类器官模型，该模型模拟了人类心脏的发育过程。研究人员看到了暴露于低水平的镉如何阻止心肌细胞的正常形成，而心肌细胞是形成心脏的主要细胞类型。在此过程中，他们揭示了可能解释镉如何诱发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，”NIEHS 转化毒理学部 (DTT) 机械毒理学分部的研究负责人 Erik Tokar 博士说.
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。
首先，他们使用人类多能干细胞来开发 3D 拟胚体，以模拟人类组织和器官形成的早期步骤。然后，他们使用了一个二维体外模型，其中包括一个已知与心脏发育有关的荧光调节蛋白系统 (NKX2-5)，这使他们能够观察暴露后的镉毒性。
可以模拟跳动心脏的 3D 心脏类器官模型证实了在其他两个模型中看到的情况，显示了低剂量的镉如何抑制心肌细胞正常运作。
该研究发表在《环境健康展望》杂志上，以毒理学研究人员数十年的工作为基础，以推进有关环境暴露如何导致包括癌症、心血管疾病、自闭症和其他疾病在内的人类疾病的知识。
“这些新模型利用了技术进步，使我们能够以识别真正人类健康危害的方式对人类生物学进行建模，”DTT 科学总监、DVM 博士 Brian Berridge 指出。“它们还有助于减少我们对动物试验的依赖。
“我们发现早期暴露于与人类相关的镉水平会对心肌细胞分化产生显着的抑制作用，而后期暴露则没有这种影响，”进行这些研究的 Xian Wu 博士说。“这种镉暴露也损害了心脏类器官的功能。”