麻省理工学院研究人员开发出一种非侵入式、无需手术的心脏植入物替代方案：可穿戴超声波起搏器贴片。
有趣的是，这种新型设备仅仅是一个贴在胸部的可穿戴贴片。
该设备利用聚焦超声波来控制心跳节律。这项技术将外部声学贴片与一个名为"声遗传学"的前沿科学领域相结合。在声遗传学领域，经过基因工程改造的细胞能够直接响应声音。
麻省理工学院机械工程与土木环境工程教授赵选贺表示："我们相信，未来有一天，人们可以在身体上贴上贴片，这些贴片能够对体内深处进行长期成像，并以非侵入式的闭环方式提供治疗性刺激。"
测试表现令人鼓舞
传统起搏器主要使用直接电脉冲。它拯救了数百万人的生命，但需要进行侵入性手术并与心脏组织直接接触。
科学家们早已知道超声波可以安全地穿透人体并影响组织，但过去尝试将其用于心脏起搏的效果过于微弱且不稳定，难以实用化。
为解决这一问题，研究团队转向了声遗传学。
首先，研究人员使用特殊的基因疗法来改造心肌细胞，引入了定制的离子通道，这些通道在受到特定声频冲击时会打开。当外部超声贴片发出脉冲时，这些经过改造的通道会立即打开，允许钙离子迅速进入细胞。这种钙离子流入正是心肌细胞收缩并跳动所需的精确化学信号。
论文第一作者龚晨解释道："这些通道现在能更好地'听到'超声波，并能打开让钙离子进入，这正是直接激活细胞并使其跳动的原因。"
工程师们将这种声学技术封装在一个邮票大小的设备中，该设备嵌入了微型超声换能器。这款贴片由高度精制的水凝胶制成，能够紧密地贴合在人类皮肤上，同时让超声波清晰无阻地通过。
实验室中的结果立竿见影。
在对工程化的人类心肌细胞进行测试时，细胞立即与超声波的节奏同步。在对患有危险心律失常的大鼠进行活体测试时，这款微型贴片迅速稳定了它们不规则的心跳。它将缓慢、不稳的心跳恢复到健康、有活力的节奏。
两步法
对于实际的人类患者，这一过程会是什么样？研究团队设想了一种直接的两步临床方法。
患者首先会接受一次注射。这种基因疗法——借鉴了现有美国食品药品监督管理局(FDA)批准的镰状细胞病等疾病的治疗方法——将永久性地使心肌细胞能够"聆听"声学信号。此后，患者只需佩戴邮票大小的贴片，该贴片连接到一个口袋大小的电池组。
龚晨表示："我们认为，这一步骤可以作为一种基因疗法在临床上实施，从而实现非侵入式起搏器。"
这个麻省理工学院团队此前曾发明了一种能够对深部内脏器官成像的超声贴片；他们目前正在积极整合这两个项目。最终目标是开发出一种智能贴片，能够实时监测你的心脏，并在检测到心律失常的瞬间通过声波脉冲进行干预。
如果被验证可用于人类，这项技术将重新定义医学，使其成为一种无线、可穿戴、仅需接触皮肤的体验。
该研究于6月2日发表在《自然·生物医学工程》杂志上。
【全文结束】