新的3D模型显示镉暴露如何影响心脏发育

研究人员开发了一个三维模型，展示了接触镉如何导致先天性心脏病。先天性心脏病是美国最常见的出生缺陷，每年影响近4万名新生儿。该模型是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)的科学家创建的。

镉是一种金属，可以通过采矿和各种工业过程释放到环境中，在空气、土壤、水和烟草中都有发现。当植物从土壤中吸收这种金属时，它就会进入食物链。之前的研究表明母亲接触镉中毒可能是一个重要的危险因素先天性心脏病．

使用从人类细胞和组织，称为体外模型，研究人员设计了一个3D类器官模型，模拟如何人类的心脏发展。研究人员发现，接触低水平的镉会阻碍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导致心脏异常的生物机制。

“我们创建的模型不仅对研究镉有用，而且对研究其他化学物质和物质也有用，”NIEHS转化毒理学分部(DTT)机械毒理学分支的研究负责人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，他们使用了人类多能干细胞开发3D胚状体来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2D体外模型，其中包括一个已知参与心脏发育的荧光调节蛋白系统(NKX2-5)，这使他们能够观察镉暴露后的毒性。

三维心脏类器官模型，可以模拟心脏跳动心，证实了其他两个模型的结果，表明低剂量的镉可以抑制心肌细胞的正常功能。

这项研究发表在该杂志上环境卫生展望，建立在毒理学研究人员数十年工作的基础上，以增进有关环境暴露如何导致人类疾病的知识，包括癌症、心血管疾病、自闭症和其他疾病。

DTT科学总监Brian Berridge博士指出:“这些新模型利用了技术的进步，使我们能够以一种识别真正的人类健康危害的方式来模拟人类生物学。”“它们还有助于减少我们对动物试验的依赖。

“我们发现，早期接触进行这些研究的吴贤博士说:“与人体相关的镉铅水平相比，对心肌细胞分化有显著的抑制作用，而后期暴露则没有这种影响。”“这镉暴露还损害了心脏类器官的功能。”