新的3D模型显示了镉暴露如何影响心脏发育

研究人员开发了一个三维模型，显示了接触镉如何导致先天性心脏病。

先天性心脏病每年影响近40万名新生儿，是美国最常见的出生缺陷。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，它存在于空气、土壤、水和烟草中。当植物从土壤中吸收金属时，金属可以进入食物链。先前的研究表明，母亲接触镉可能是先天性心脏病的重要危险因素。

使用源自人体细胞和组织的模型(称为体外模型)，研究人员设计了一个模仿人类心脏发育方式的3D类器官模型。研究人员看到了暴露于低水平的镉如何阻止心肌细胞的通常形成，心肌细胞是形成心脏的主要细胞类型。在这样做的过程中，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对研究镉有用，而且对研究其他化学物质和物质也很有用，”研究负责人Erik Tokar博士说，他来自NIEHS转化毒理学部(DTT)的机械毒理学分支。

在这项研究中，研究人员开发了三种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2D体外模型，其中包括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其他两个模型所看到的情况，显示了低剂量的镉如何抑制心肌细胞正常运作。

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，以推进有关环境暴露如何导致人类疾病(包括癌症，心血管疾病，自闭症和其他疾病)的知识。

“这些新模型正在利用技术的进步，使我们能够以一种识别真正的人类健康危害的方式模拟人类生物学，”DTT科学总监Brian Berridge博士指出。“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导致对心肌细胞分化的显着抑制作用，而后期暴露没有这种影响，”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。

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