无电池、轻型起搏器可能改善心脏病患者的生活质量
心房颤动——一种不规则的心跳或心律失常——导致美国每年有超过45.4万人住院，近16万人死亡。据估计，全球约有6000万人受到这种情况的影响。
心脏起搏器是一种挽救生命的设备，可以调节患有慢性心脏病的人的心跳心房纤颤以及其他形式的心律失常。然而,起搏器植入是一种侵入性手术，这种设备提供的挽救生命的起搏可能会非常痛苦。此外,心脏起搏器只能用于治疗几种特定类型的疾病。
在一篇发表于科学的进步，亚利桑那大学领导的研究小组详细介绍了他们设计的一种无线、无电池起搏器的工作原理，这种起搏器可以植入心脏侵入性程序比目前可能的要少，而且会减轻病人的痛苦。这项研究由古特鲁夫实验室的研究人员领导，由生物医学工程助理教授和克雷格·m·贝尔热学院研究员菲利普·古特鲁夫领导。
目前可用的起搏器通过钩子或螺钉将一到两个导线或接触点植入心脏来工作。如果这些导线上的传感器检测到危险的不规则情况，它们就会发出警报电击通过心脏重置心跳。
古特鲁夫说:“心脏内的所有细胞，包括疼痛感受器，都会同时受到冲击，这就是为什么起搏或除颤会感到疼痛。”“这影响到心肌作为一个整体。”
古特鲁夫团队开发的设备尚未在人体上进行测试，它将允许起搏器使用包含整个心脏的新型数字化制造网格设计发送更有针对性的信号。该设备使用光和一种称为光遗传学的技术。
光遗传学修饰对光敏感的细胞，通常是神经元，然后利用光来影响这些细胞的行为。这项技术只针对心肌细胞，这些肌肉细胞触发收缩并组成心脏的跳动。这种精确度不仅可以绕过心脏的疼痛感受器，减轻起搏器患者的疼痛，还可以让起搏器以更适当的方式对不同类型的不规则情况做出反应。例如，在心房颤动期间，心脏的上下心室不同步跳动，而起搏器的作用是使这两个部分恢复一致。
西北大学生物医学工程和医学教授伊格·埃菲莫夫(Igor Efimov)说:“目前，我们必须对整个心脏进行电击才能做到这一点，而这些新设备可以实现更精确的目标，使除颤更有效，也更少疼痛。”该设备在西北大学进行了实验室测试。“这项技术可以让世界各地的患者的生活更轻松，同时也帮助科学家和医生更多地了解如何监测和治疗这种疾病。”
柔韧的网格环绕着心脏
以确保光信号可以到达心脏的许多不同部位，该团队创造了一种包含器官的设计，而不是植入只提供有限接触点的导线。
新的起搏器模型由四个花瓣状结构组成，由薄而灵活的薄膜制成，其中包含光源和记录电极。这些花瓣是为了适应心脏跳动时形状的变化而特别设计的，它们围绕着器官的两侧折叠起来，包裹着它，就像夜晚花朵闭合一样。
“目前的心脏起搏器记录的基本是一个简单的阈值，它们会告诉你，‘这是心律失常，现在是休克，’”Gutruf说。“但这个设备有一个电脑，你可以输入不同的算法，让你以更复杂的方式来调整速度。它是为研究而生的。”
因为这个系统用光来影响心脏，而不是电信号在美国，即使心脏起搏器需要去纤颤，该设备也可以继续记录信息。在目前的心脏起搏器中，除颤产生的电信号可能会干扰记录功能，使医生对心脏发作的图像不完整。此外，该设备不需要电池，这可以使心脏起搏器患者不必每5到7年更换一次设备中的电池，这是目前的标准。
古特鲁夫的团队与西北大学的研究人员合作开展了该项目。虽然目前版本的设备已经在动物模型中成功演示，但研究人员期待进一步开展工作，这可能会改善数百万人的生活质量。
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