无电池，轻型起搏器可以改善心脏病患者的生活质量
心房颤动——一种不规则心跳或心律失常的形式——在美国每年导致超过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。
心脏起搏器是一种救命设备，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的过程，设备提供的挽救生命的节奏可能会非常痛苦。此外,心脏起搏器只能用于治疗几种特定类型的疾病。
发表在科学的进步亚利桑那大学(University of arizona)领导的研究团队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·贝尔奇学院研究员菲利普·古特鲁夫领导。
目前可用的起搏器的工作原理是用钩子或螺钉将一到两个导线或接触点植入心脏。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。”“这影响心肌作为一个整体。”
Gutruf团队开发的设备还没有在人体上进行测试，它将允许心脏起搏器发送更有针对性的信号，使用一种新的数字化制造的网状设计，包括整个心脏。该设备使用光和一种叫做光遗传学的技术。
光遗传学修饰细胞，通常是对光敏感的神经元，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，即触发收缩并构成心脏跳动的肌肉细胞。这种精确性不仅可以通过绕过心脏的疼痛感受器来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，在心房纤颤期间，心脏的上、下腔不同步跳动，而起搏器的作用就是使这两个部分恢复正常。
西北大学生物医学工程和医学教授Igor Efimov说:“尽管目前，我们必须对整个心脏进行电击才能做到这一点，但这些新设备可以更精确地瞄准目标，使除颤既更有效又更不痛苦。”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生活得更轻松，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。”
灵活的网格包围了心脏
以确保光信号可以到达心脏的许多不同部位，该团队创造了一个包括整个器官的设计，而不是植入只提供有限接触点的导线。
这种新型心脏起搏器由四个由柔软薄膜制成的花瓣状结构组成，其中包含光源和一个记录电极。这些花瓣是为适应心脏跳动时形状的变化而特别设计的，它们围绕着心脏的两侧折叠起来，将心脏包裹起来，就像夜晚闭合的花朵一样。
“目前的起搏器记录的基本是一个简单的阈值，它们会告诉你，‘这将导致心律失常，现在是休克，’”古特鲁夫说。“但这款设备上有一台电脑，你可以输入不同的算法，让你以更复杂的方式调整速度。它是用来研究的。”
因为这个系统利用光来影响心脏，而不是电信号在美国，即使心脏起搏器需要除颤，该设备也可以继续记录信息。在目前的起搏器中，来自除颤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，这可以使起搏器患者不必像目前的标准那样每5到7年更换一次设备的电池。
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上成功地进行了演示，但研究人员期待进一步开展他们的工作，这可能会提高数百万人的生活质量。
进一步探索
