科学家们发明了一种软体机器人心脏，这可能为他们研究一种神秘的心脏疾病提供新途径，这种疾病约占所有心力衰竭病例的一半。
这种心力衰竭形式被称为射血分数保留型心力衰竭（HFpEF），是一种心脏泵出正常量血液但变得过于僵硬，无法在心跳之间正常放松和重新充盈的疾病。美国有超过300万人患有此病，但研究人员仍不完全了解其发病原因，这使得设计直接针对该疾病的治疗方法变得困难。
这款新型设备于6月1日发表在《自然通讯》杂志上，是首个能够主动调整其对压力变化反应的软体机器人心脏模型。它可以通过收紧或放松人工肌肉，使研究人员能够控制心脏的僵硬程度。这使其能够更好地模拟患病的人类心脏。
当前的HFpEF实验室模型存在缺陷。传统的"模拟循环回路"使用刚性泵和 tubing 来重现血流，但并不在物理上类似于跳动的心脏。实验室动物虽然能捕捉更真实的生物学特征，但成本高昂且不能完美反映人类疾病，该研究的合著者、澳大利亚新南威尔士大学生物医学工程师兼副教授Thanh Nho Do表示。
Nho Do在给Live Science的电子邮件中表示："HFpEF一直难以研究和治疗。"
早期版本的机器人心脏可以真实地重现心脏运动，但它们遵循预设命令，无法适应变化的条件。新系统试图通过让人工肌肉纤维"感受"它们泵送的流体产生的压力并动态收缩或放松来解决这一限制。
这种反馈对于复制HFpEF至关重要，在HFpEF中，异常僵硬——而非泵血功能减弱——是疾病的核心。
研究人员构建了人类心脏左侧的硅胶复制品，并用由弹簧线圈加固的橡胶管制成的人工肌肉纤维包裹它。该模型持续感知流经它的流体产生的压力，并相应地调整人工肌肉的力度。通过改变心脏充盈时肌肉抵抗拉伸的程度，研究人员可以调节不同级别的僵硬程度。
研究人员没有仅模拟HFpEF的单一快照，而是重现了疾病进展的几个阶段。在早期阶段，患者的心脏开始在心跳之间表现出松弛功能受损，而在更高级的形式中，心脏变得如此僵硬，以至于在下一次收缩前无法充分充血。
Nho Do表示："如果我们能够模拟其进展路径，我们可能会利用像我们这样的模型开发出可以中断这一轨迹的医疗设备，而不仅仅是治疗终末期疾病。"
目前对HFpEF的治疗主要集中在管理症状和相关疾病上，如高血压、肥胖和糖尿病。近年来，被称为SGLT2抑制剂的药物已被证明可以通过减少体内多余液体来降低许多患者的住院风险。但直接针对心脏肌肉僵硬的治疗方法仍然很少。
研究人员希望他们的新模型可能铺平道路，但他们强调这项工作是早期概念验证。展望未来，他们希望开发出越来越复杂的机器人心脏模型，这些模型可以补充其他关于HFpEF的数据，包括来自计算机模拟、动物研究和临床测试的数据。
Nho Do表示："我们希望最大的影响将体现在理解HFpEF机制和改进心血管设备开发方式上。"
【全文结束】