有趣的是，这种新设备只是一个贴在胸前的可穿戴贴片。
麻省理工学院的研究人员开发出了一种无需手术的无创替代方案，可以取代传统的心脏植入装置：一款可穿戴的超声起搏器贴片。
有趣的是，这种新设备只是一个贴在胸前的可穿戴贴片。
它利用聚焦超声波来指挥心脏跳动的节律。这项技术将一个外部声学贴片与一门名为“声遗传学”的前沿科学结合在一起。在声遗传学领域，经过基因工程改造的细胞能直接对声音作出响应。
“我们相信，未来有一天，贴在身上的贴片或许能对体内深处进行长期成像，同时以无创闭环的方式施加刺激，实现治疗效果。”麻省理工学院机械工程与土木与环境工程系教授赵选贺（Xuanhe Zhao）表示。
在测试中展现潜力
标准起搏器大多采用直接电脉冲，虽然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。
科学家早已知道超声能够安全穿透身体并影响组织，但以往将其用于心脏起搏的尝试要么过于微弱，要么极不稳定，难以实际应用。
为解决这一问题，研究团队转向了声遗传学。
首先，他们利用专门的基因疗法改造心肌细胞，导入定制的离子通道，这些通道在受到特定声波频率触发时便会打开。当外部超声贴片发射脉冲时，这些被改造过的通道会立刻开启，让大量钙离子涌入细胞。而这股钙离子内流，正是心肌细胞收缩、搏动所需的化学“绿灯”。
“这些通道现在能更好地‘听见’超声，并打开让钙离子进入，而钙离子正是直接激活细胞并使其搏动的关键。”论文的第一作者龚辰（Chen Gong）解释说。
工程师们将这种声学技术集成到一个邮票大小的装置中，内部嵌有微型超声换能器。贴片由高度精制的水凝胶制成，能紧密贴合人体皮肤，同时让超声波毫无阻碍地清晰穿过。
实验室的效果立竿见影。
在工程化的人类心肌细胞上测试时，细胞立刻与超声节律同步跳动。在对出现危险心律失常的大鼠进行的活体实验中，微型贴片迅速稳定了它们不规律的心跳，将缓慢、摇摇欲坠的心率重新拉回到健康而有力的节奏。
两步走的方案
那么，未来在真实患者身上会是什么样子？研究团队设想了一种简洁的两步临床方案。
患者首先接受一次性的注射。这种基因疗法参照了已获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，能够永久性地让心肌细胞做好“倾听”声波信号的准备。之后，患者只需佩戴这枚邮票大小的贴片，并与一个口袋大小的电池组相连。
“我们认为，这一步骤作为基因治疗的一种形式，在临床上可以转化，从而催生出无创起搏器。”龚辰表示。
此前，同一个麻省理工团队曾发明过能对深层内脏器官成像的超声贴片；他们正在积极将这两个项目合并。终极目标是打造一款集成的智能贴片，既能实时监测心脏状况，又能在检测到心律失常的瞬间发出声波脉冲进行干预。
若能在人体中得到验证，这项技术将把医学重新定义为一种无线、可穿戴且仅作用于皮肤表面的体验。
这项研究于6月2日发表在《自然·生物医学工程》期刊上。
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