發(fā)布日期：2017-05-17
這是一個“不可能的任務(wù)”：科學(xué)家們在嘗試通過一個僅3.8毫米寬的空心管放置無菌且能反復(fù)充電的電極，以此在不破壞脆弱、柔軟的人體組織的情況下植入一個心臟起搏器。這個起搏器不僅要安裝操作簡單，還要價格低廉。
為什么這一種起搏器的安裝如此復(fù)雜呢？南加州大學(xué)的博士生們表示，這項技術(shù)挽救的是數(shù)以百計的胎兒生命。
洛杉磯南加州大學(xué)的兩位醫(yī)生和一位工程教授在大約五年前開始接手這個挑戰(zhàn)。這個月的早些時間，他們的研究組發(fā)表了這一胎兒心臟起搏器無線充電系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，并表示他們已經(jīng)準(zhǔn)備好在人體上進(jìn)行實驗。
每年約有500名胎兒被診斷有一類罕見心臟病，癥狀包括胎兒心臟跳動過慢，不能為正在成長的身體輸送足夠循環(huán)的血液等。
心臟起搏器可以被用來控制這類不尋常的心率，但是僅僅在孕婦身上裝成人起搏器、將金屬導(dǎo)線接在胎兒身上是不夠的：胎兒經(jīng)常性地變換位置和姿勢會讓讓導(dǎo)線無法固定，最終從胎兒身上脫離。
“將心臟起搏器的體積縮小是很有必要的。”南加州大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師，這項研究的合作領(lǐng)導(dǎo)者之一Gerald Loeb教授表示，“這樣的話，這個起搏器就可以被完整地安裝在胎兒身上，不需要導(dǎo)線等媒介了。與此同時，起搏器的安裝過程也需要盡量小的擴張操作。”
這類心臟問題一般在胎兒 28 周時開始逐漸顯現(xiàn)，并危害胎兒健康。在與洛杉磯兒童醫(yī)院的心臟病學(xué)家 Yaniv Bar-Cohen、南加州醫(yī)學(xué)院胎兒心臟外科項目負(fù)責(zé)人Ramen Chmait合作的過程中，Loeb教授和他的研究組開發(fā)并測試了一種能夠在胎兒這個時期進(jìn)行植入的起搏器。
這個由七部分組成的微型起搏器是一個直徑非常細(xì)的圓柱體，因此能夠通過直徑3.8毫米的插管（一種在胎兒手術(shù)中常用的植入媒介）。Loeb表示，起搏器本身的設(shè)計“其實很復(fù)古”。這一起搏器背后的技術(shù)原理可以追溯到 1950 年代最早的心臟起搏器，一個晶體管張弛電路和一個環(huán)氧樹脂外殼。
當(dāng)今的成人心臟起搏器一般使用能長時間使用的鈦或鈦合金做外殼，但鑒于胎兒起搏器的使用周期僅以月計，鈦制外科的必要性并不大；況且Loeb表示鈦制外殼難以通過直徑細(xì)微的插管。
Loeb認(rèn)為，這個微型起搏器的最新設(shè)計細(xì)節(jié)，也就是前文提到近期剛發(fā)表的無線充電系統(tǒng)，是設(shè)計中最艱巨的一環(huán)。一個小型鋰電池僅能供起搏器運行一周，所以這個電池必須在不移位的情況下滿足經(jīng)常充電的要求。
最終這個無線充電系統(tǒng)使用感應(yīng)耦合原理充電：研究組使用一個大功率磁場生成器生成一個體外的射頻磁場，使之能夠和起搏器中的線圈耦合。在每周都為起搏器充電的情況下，胎兒在母體內(nèi)就能夠擁有正常的心臟功能。在他們出生之后，他們就可以被植入普通的起搏器。
目前，現(xiàn)有的起搏器設(shè)備已經(jīng)使用羊胎，一個學(xué)習(xí)胎兒生理的常用模型，進(jìn)行了多輪試驗。在2015年，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）將這個微型起搏器加入HUD（Humanitarian Use Device，人道主義使用設(shè)備），即治療美國年均發(fā)病人數(shù)少于8000人的醫(yī)療設(shè)備。
南加州大學(xué)的研究組表示他們已經(jīng)準(zhǔn)備好在下一個病例出現(xiàn)的時候植入他們的設(shè)備，但由于這類心臟問題的少見性，他們難以預(yù)知實驗機會何時來臨。
“我們已經(jīng)在真正的起搏器上不斷測試和改進(jìn)充電系統(tǒng)，以預(yù)備第一個病人的到來。”Loeb表示，“我們希望能夠在第一個病人現(xiàn)身的時刻準(zhǔn)備好。”
來源：DeepTech深科技（微信號 mit-tr）
