北京
有趣的是，這種新設備只是一個貼在胸前的可穿戴貼片。
麻省理工學院的研究人員開發出了一種無需手術的無創替代方案，可以取代傳統的心臟植入裝置：一款可穿戴的超聲起搏器貼片。
有趣的是，這種新設備只是一個貼在胸前的可穿戴貼片。
它利用聚焦超聲波來指揮心臟跳動的節律。這項技術將一個外部聲學貼片與一門名為“聲遺傳學”的前沿科學結合在一起。在聲遺傳學領域，經過基因工程改造的細胞能直接對聲音作出響應。
“我們相信，未來有一天，貼在身上的貼片或許能對體內深處進行長期成像，同時以無創閉環的方式施加刺激，實現治療效果。”麻省理工學院機械工程與土木與環境工程系教授趙選賀（Xuanhe Zhao）表示。
在測試中展現潛力
標準起搏器大多采用直接電脈沖，雖然拯救了數百萬人的生命，但需要進行侵入性手術并與心臟組織直接接觸。
科學家早已知道超聲能夠安全穿透身體并影響組織，但以往將其用于心臟起搏的嘗試要么過于微弱，要么極不穩定，難以實際應用。
為解決這一問題，研究團隊轉向了聲遺傳學。
首先，他們利用專門的基因療法改造心肌細胞，導入定制的離子通道，這些通道在受到特定聲波頻率觸發時便會打開。當外部超聲貼片發射脈沖時，這些被改造過的通道會立刻開啟，讓大量鈣離子涌入細胞。而這股鈣離子內流，正是心肌細胞收縮、搏動所需的化學“綠燈”。
“這些通道現在能更好地‘聽見’超聲，并打開讓鈣離子進入，而鈣離子正是直接激活細胞并使其搏動的關鍵。”論文的第一作者龔辰（Chen Gong）解釋說。
工程師們將這種聲學技術集成到一個郵票大小的裝置中，內部嵌有微型超聲換能器。貼片由高度精制的水凝膠制成，能緊密貼合人體皮膚，同時讓超聲波毫無阻礙地清晰穿過。
實驗室的效果立竿見影。
在工程化的人類心肌細胞上測試時，細胞立刻與超聲節律同步跳動。在對出現危險心律失常的大鼠進行的活體實驗中，微型貼片迅速穩定了它們不規律的心跳，將緩慢、搖搖欲墜的心率重新拉回到健康而有力的節奏。
兩步走的方案
那么，未來在真實患者身上會是什么樣子？研究團隊設想了一種簡潔的兩步臨床方案。
患者首先接受一次性的注射。這種基因療法參照了已獲美國食品藥品監督管理局（FDA）批準的鐮狀細胞病等疾病的治療方法，能夠永久性地讓心肌細胞做好“傾聽”聲波信號的準備。之后，患者只需佩戴這枚郵票大小的貼片，并與一個口袋大小的電池組相連。
“我們認為，這一步驟作為基因治療的一種形式，在臨床上可以轉化，從而催生出無創起搏器。”龔辰表示。
此前，同一個麻省理工團隊曾發明過能對深層內臟器官成像的超聲貼片；他們正在積極將這兩個項目合并。終極目標是打造一款集成的智能貼片，既能實時監測心臟狀況，又能在檢測到心律失常的瞬間發出聲波脈沖進行干預。
若能在人體中得到驗證，這項技術將把醫學重新定義為一種無線、可穿戴且僅作用于皮膚表面的體驗。
這項研究于6月2日發表在《自然·生物醫學工程》期刊上。
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