一种催眠般的节奏贯穿你的生命。它在你出生前就已开始，此刻仍在持续，无需你有意识的参与，将与你相伴至生命终点。将手放在胸前，感受它——"扑通。扑通。扑通。"
心脏是工作最勤奋的肌肉，它像被挤压般反复收缩舒张，日复一日，每天约10万次，平均寿命中总计约30亿次。每次跳动时，心脏瓣膜精准开合，如同编排完美的舞蹈，推动富含氧气的血液流经从头顶到脚趾的血管网络。
心脏的工作原理相对简单直接，但其结构却异常复杂。数千年来，心脏的奥秘持续引发人类好奇。亚里士多德视其为最重要器官，法国哲学家笛卡尔将其比作引擎，达·芬奇在笔记本中绘制了精细的解剖图并准确推测其功能。他在一幅图下写道：
"仅用文字如何描述这颗心脏，而不写满整本书？"
事实上，即便是今日，像乔舒亚·哈彻森这样的研究者——这位美国心脏协会研究员、十年来专注研究心脏精密机制的生物医学工程师——也承认理解心脏仍是探索未知的敬畏之旅。他在讲座中向学生展示达·芬奇的图纸，其位于佛罗里达国际大学的心血管基质重塑实验室墙上则悬挂着笛卡尔的名言，既是对现代生理学起源的致敬，也提醒着后人保持历史伟人的求知精神。
探索生命本质的宏大问题——"为何"与"如何"——是心脏研究的必备条件。"唯有如此，你才能发现前所未有的新事物，"哈彻森说。
例如：为何心脏对某些人能终身完美运作，对另一些人却不能？
心血管疾病——涵盖冠心病、心力衰竭、心律失常、血管疾病、先天性心脏病等多种病症的统称——已连续百年位居美国死亡原因首位。
好消息是：得益于广泛使用的降压降脂药物及成功的戒烟公共健康运动，死亡率持续下降。但坏消息是：这一趋势正在停滞。老龄化人口（预计将大幅增加心血管疾病负担）与越来越多存在高血压、糖尿病和肥胖等风险因素的年轻人群正形成碰撞。
美国心脏协会预计，到2050年，至少六成美国成年人（超1.84亿人）将患有某种心血管疾病。在佛罗里达国际大学及全球各地，哈彻森等研究人员与医师科学家、心脏外科医生正致力于解决这一问题。他们在实验室和诊所推动重大技术突破与救命疗法，深入理解心血管疾病成因，并革新其预防、检测与治疗方式。
隐秘的开端
心血管疾病的许多特性令人困惑，最令人沮丧的是其隐秘性。"当症状显现时，心脏已遭受不可逆损伤，"哈彻森解释道。
动脉粥样硬化——动脉内斑块积聚——是主要元凶和缓慢倒计时的定时炸弹，甚至可能始于儿童期。斑块由胆固醇、炎症细胞等物质组成，积聚在动脉壁内使血管狭窄、血流减少。当斑块变得不稳定并破裂时，会在破裂处形成血凝块，若发生在心脏则导致心肌梗死。
但问题根源何在？哈彻森在哈佛大学博士后研究期间就开始探索这一矿化过程的最早机制。
加入心血管钙化领域权威埃琳娜·艾卡瓦实验室后，哈彻森创建了一系列模拟血管组织和动脉细胞的模型。他实时观察到名为"细胞外囊泡"的纳米级膜泡从细胞表面出芽。这些囊泡聚集成簇后开始"捕获"钙和磷酸盐——它们不仅是钙化的主要媒介，更是始作俑者。
在美国国立卫生研究院和佛罗里达心脏研究基金会资助下，哈彻森持续深入研究这些囊泡，探索检测或阻断该过程的方法。实验室细胞培养实验取得可喜成果：表皮生长因子受体抑制剂（已获FDA批准用于癌症治疗）成功阻止囊泡形成并预防斑块生成。
另一项研究探究"钙化悖论"——为何动脉异常钙化越严重，骨骼钙化和矿物质发育反而越少。哈彻森与佛罗里达国际大学同事（包括化学家弗朗西斯科·费尔南德斯-利马、生物物理学家普雷姆·查帕盖和物理学家金赫）比较了骨细胞与动脉细胞中囊泡的形成与功能。初步证据表明两类细胞间存在"对话"，可能促使钙和磷酸盐从动脉回流至骨骼。
能否让斑块完全消失？降胆固醇药物和减重戒烟等生活方式改变通常能减缓新斑块形成，却无法清除旧堆积。然而，哈彻森研究组发现激活名为"松弛素"的激素或是正确方向。临床前小鼠模型和人体细胞实验表明，与美国国立转化科学促进中心合作开发的小分子显著减少并逆转了晚期血管钙化。
"这是梦想，"哈彻森说，"找到逆转病理并使患者回归正常状态的方法。"
创新心脏瓣膜解决方案
动脉固然是斑块出现的场所之一，瓣膜则是另一处。
丹尼尔·查帕罗在哈彻森实验室整个博士生涯都在研究心脏这些微小单向门。
"每次瓣膜闭合，我说它们都在为你鼓掌，"他笑道，"它们在说'耶！你还活着！'"
查帕罗所指的"鼓掌"通过听诊器清晰可闻：噗-哒。心脏收缩时，心房与心室间瓣膜闭合（噗）；心脏舒张时，通往心脏外的另两组瓣膜闭合（哒），使心脏重新充满血液。
若瓣膜无法正常开启，血液会如拇指按压水管般缓慢流动；若关闭不全，则血液倒流回心脏，导致充血性心力衰竭。两种问题都会改变心脏音。
在电脑屏幕上，查帕罗调出主动脉瓣放大图像。它由三片瓣叶组成，有趣的是钙化并非均匀分布于各瓣叶，常有一片受损严重。在佛罗里达心脏研究基金会博士生资助下，查帕罗通过计算建模和实验设计，确定了导致这种非对称钙化模式的可能细胞类型。
但他与瓣膜的故事尚未结束。查帕罗现为医师科学家大卫·卡尔法博士实验室的高级研究工程师。卡尔法是复杂新生儿心脏手术和先进儿科瓣膜修复的国际权威。
"当外科医生与工程师携手寻找解决方案时，我们在疾病诊断和治疗方面往往取得巨大飞跃，"查帕罗说。他提及阿尔伯特·斯塔尔医生与液压工程师洛厄尔·爱德华兹的合作，他们共同研发了全球首例成功的人工心脏瓣膜。
卡尔法团队有着同样雄心勃勃的目标：为每年约4万名先天性心脏病新生儿寻找创新解决方案。
"对于患有先天性心脏病的儿童，我们仍缺乏良好的心脏瓣膜替代选择，"卡尔法说。他是心血管外科主任、尼克劳斯儿童心脏研究所联合主任，也是佛罗里达国际大学儿科与外科科学教授。试想：新生儿心脏仅如大草莓般大小。"现有选项要么尺寸不足，要么无法随婴儿成长，每次更换都需要再次开胸手术。"
活体同种异体瓣膜移植（亦称部分心脏移植）成为有前景的替代方案。因为即使心肌受损或患病，瓣膜仍可能功能完好。
2023年，卡尔法在纽约长老会摩根士丹利儿童医院实施了全球首例婴儿部分心脏移植：8个月大女婴接受全心移植后，其健康瓣膜被捐献给2个月大男婴。一年后，卡尔法完成拯救三名儿童的分根式部分心脏移植。他说这是永生难忘的情感体验。
部分心脏移植的成功取决于物流与时间的精准配合。因此，卡尔法团队正致力于延长这种珍贵组织的体外存活时间——延长其保质期，使其像血液一样可储存，直至有儿童需要。
卡尔法博士及其佛罗里达国际大学研究团队正在开发保存和储存活体瓣膜组织的方法，为患者提供史上首个即用型活体瓣膜替代选择。
在NIH R01资助下，他们将优化独特的延长时间策略：组织储存在特制生物反应器中，模拟体内环境并提供脉动刺激替代心跳；团队专利溶液（已证实可使组织存活至少七周）为组织"供食"并提供必需营养。
"这绝对是令人兴奋的新前沿，"卡尔法说，"它将提高匹配度，增加为正确患者在正确时间提供合适瓣膜的机会——改变南佛罗里达、全美乃至全球儿童的生活。"
倾听心脏疾病
还有什么能改变患者生活？更早的诊断。
除研究疾病潜在机制外，哈彻森还在开发低成本、易获取的诊断工具。他无需远求灵感——近在家中。哈彻森的妻子是古典歌剧歌手。健康声带拉伸收缩产生不同音符，而这些薄组织的损伤会极大改变歌手声音的丰富共鸣。
等等，哈彻森想到，心脏并无不同。当瓣膜疾病或钙化发生时，噗-哒声会改变，出现咔嗒声、呼啸声和额外搏动。能否训练算法检测疾病留下的最早声学特征，甚至那些人耳无法捕捉的细微变化？
哈彻森与当时的研究生瓦伦蒂娜·达尔甘分享了这一想法。这项任务雄心勃勃，近乎DIY项目。首要挑战是训练算法需要海量数据。达尔甘需用数字听诊器采集数千心脏声音，分析声学信号，并将临床前数据与心脏钙化影像扫描对照验证。他人或会犹豫，达尔甘却迎难而上。
"说实话我不知道自己如何完成所有工作，"她承认，"但我深知必须怀有'这如何帮助人们'的愿景——这驱动着我。"
除应对研究本身要求外，达尔甘报名参加了几个商业化课程，赢得多项推介竞赛。2020年申请美国国家科学基金会创新军团（I-Corps）项目前，她参加区域培训，在五周内访谈45位心脏病专家和临床医生。他们的热情回应和宝贵反馈使达尔甘与哈彻森获准入国家I-Corps，在八周内确保技术满足未来患者需求。
如今，达尔甘训练的基于AI的诊断算法在分类健康心脏声音时准确率达95%，区分不同类型心脏病时接近85%，还能在心脏杂音或结构变化出现前检测疾病。临床试验指日可待。达尔甘与哈彻森将与国际知名微创心脏外科医生、浸信会健康心脏与血管护理首席医疗官汤姆·C·阮博士合作，在诊所测试该技术。
"这类工作至关重要，是推进医学的唯一途径，"阮说，"医师每日接触患者，深谙医学临床面。佛罗里达国际大学团队拥有强大的心血管研究基础。二者结合是完美联姻，我们彼此互补。"
手术室里的机器人
针对真实医疗需求的相关研究，正是佛罗里达国际大学与尼克劳斯儿童健康系统和南佛罗里达浸信会健康系统战略合作伙伴关系的核心。这些合作吸引了包括桥本诚博士在内的国际顶尖人才。这位享誉全球的心脏外科医生正开创机器人辅助心脏手术的新方法。
传统开胸手术需在胸部中央切开6-8英寸切口，切断胸骨并撑开肋骨，恢复缓慢、住院时间长，且可能发生感染等危及生命的严重并发症。
而机器人辅助手术场景截然不同：仅需几个小切口，不伤及骨骼。护理团队、技术人员和麻醉师守在患者床边，桥本则端坐于连接达·芬奇机器人的控制台前。他几乎静止，仅以指尖最微小动作操控。每个细微手势被即时捕捉、精度调整后，由机器人臂在患者胸腔内复现——其握持的微型器械和3D高清摄像头正实施手术。
"手术中机器人成为我身体的一部分，"桥本说。他是佛罗里达国际大学教授、机器人心脏外科主任，在浸信会健康迈阿密心脏与血管研究所为患者诊疗。"它感觉像我的延伸。"
因机器人手术具有疼痛轻、疤痕小、恢复快等优势，患者接受度日益提高。但普及速度仍落后于其他专科。鲜有心脏外科医生年手术量超20例，而桥本年手术量达数百例。凭借不断增长的手术量，他正领导佛罗里达州最繁忙且发展最快的心脏机器人手术项目。
每台手术都挽救生命，同时也为领域发展提供关键证据，证明新型机器人技术能安全有效地应用于曾需侵入性手术的多种病症。桥本的指导对象、佛罗里达国际大学医学生娜塔莎·马津纳尼正协助推进这项重要工作。
"我祖父曾接受开胸手术，所以我认为任何心脏手术都意味着胸前的大疤痕，"马津纳尼说，"亲眼见证桥本博士为患者所做之事确实令人震撼。难以言表。"
马津纳尼协助桥本研究复杂病症案例。其一详述了如何修复同时存在心房间隔缺损和瓣膜反流的心脏缺陷（即伴有重度二尖瓣反流的房室间隔缺损）；另一项回顾性研究对比其前100例与后100例冠状动脉旁路移植术，探索此类手术的学习曲线。
"这项研究至关重要，它让其他外科医生学习技术并将这些方法带给更多患者，"马津纳尼说，"能为推进机器人手术知识贡献绵薄之力，我深感荣幸。这开辟了全新领域，让我对未来医师生涯充满期待。"
心脏研究的新时代
佛罗里达国际大学的这些工作仍在持续，遵循着自身稳定而一致的节奏。
桥本计划与校内科学家拓展研究范围；阮博士刚被任命为赫伯特·韦尔特海姆医学院新成立的心血管科学系主任；卡尔法希望建立横跨基础科学、转化研究和临床试验的先天性心脏病研究所；而哈彻森则担任新职务——佛罗里达国际大学-佛罗里达心脏研究基金会心血管健康创新中心主任。
该中心获长期支持者佛罗里达心脏研究基金会1170万美元资助，是对跨学科合作的持续投资。
中心首批研究员将来自全校各院系，其中包括达尔甘。她凭借初级教员资助启动自己的实验室，在继续数字心音项目的同时，聚焦新研究方向：铅和镉等重金属（存在于多种消费品中的环境毒物）如何促进心脏病发展。
"有点吓人，但想到将探索一个全新领域又令人兴奋，"她说，"但我知道可以依靠中心每位成员。这正是合作如此重要的原因——它推动真正酷炫而重要的研究前进。"
中心将设于佛罗里达国际大学新落成的创新综合体，哈彻森迫不及待想看到所有人齐聚一堂——每位成员不可或缺，各携专长与新奇好奇心，共同致力于同一目标。
"当你打破壁垒，让一群聪明人共同提出那些根本性问题时，大问题的解决就此开始，"哈彻森说，"这是正确的地方、正确的时间和正确的人。我们的社区和国家需要这个。"
塑造未来
佛罗里达国际大学-佛罗里达心脏研究基金会心血管健康创新中心是一个跨学科研究与教育机构，汇聚生物医学工程、临床医学、生物科学、公共卫生、护理等领域的师生，共同致力于改善心脏健康。团队正探索心血管疾病的根源驱动因素，以发现新治疗靶点、创建早期诊断工具、开发尖端再生技术。
研究重点领域包括：
- 心脏健康教育与预防策略
- 心脏、血管和瓣膜的生物学与生物力学
- 心力衰竭研究
- 再生医学与组织工程
- 早期诊断技术
- 下一代医疗器械
【全文结束】
