凭证果真数据，，，全球每年约有 100-140 万患者需要接受心脏起搏器植入。。。。。。。这些由电池供电的小型装备关于维持心脏节律至关主要。。。。。。。但古板的植入式起搏器因其侵入性而陪同着重大的危害和并发症：手术创伤、熏染危害、电极故障、电池替换需二次手术等危害。。。。。。。 克日，，，麻省理工学院（MIT）联合南加州大学（USC）团队在 Nature Biomedical Engineering 揭晓了最新研究效果，，，他们开发出了一种使用超声波的可衣着无创起搏器。。。。。。。依附声遗传学与超声手艺的连系，，，实现了无需开刀，，，仅靠贴在胸口的便携装备，，，就能精准调控心脏节律，，，还能实时成像。。。。。。。 周岐发教授恒久致力于高频超声换能器设计、制造及其在医学成像与治疗中的应用研究。。。。。。。他向导的生物医学超声实验室在压电单晶质料、高区分率超声成像系统及眼科超声应用方面取得了多项突破性效果，，，尤其在视网膜超声刺激恢复视力、可衣着超声手艺等领域处于领先职位。。。。。。。 赵选贺是国际著名的力学与质料科学家，，，现任 MIT 机械工程系终身教授。。。。。。。他的研究聚焦于软质料力学、仿生工程、生物力学及柔性电子等领域，，，尤其在开发具有革命性的软粘附质料、可拉伸水凝胶电子器件以及明确软物质和生物组织的力学行为方面作出了开创性孝顺。。。。。。。 2024 年，，，双方曾相助开发了一款邮票巨细的小型超声贴片——BAUS-E，，，可以贴在皮肤上，，，48 小时内一连监测大鼠的肝脏硬度转变，，，发明早期急性肝衰竭。。。。。。；；；；；；；箍梢杂糜谝涣嗖馓迥谄渌鞴僖约笆堤辶。。。。。。。 已往十多年，，，光遗传学提供了一个令人兴奋的思绪，，，通过基因工程让心肌细胞表达对光敏卵白，，，然后用光照射这些细胞。。。。。。。使用特定波长的光照，，，科学家能够以毫秒级的时间精度准确操控细胞膜电位，，，实现对心脏电活动、钙离子瞬变及心肌缩短的高效、非侵入性远程调控。。。。。。。 但光遗传学有一个弱点：光无法穿透深层组织。。。。。。？？？？？杉庠谏镒橹猩⑸浼浚，，几毫米到一厘米左右就衰减殆尽了。。。。。。。正因云云，，，只管光遗传学在神经科学领域大放异彩，，，在心脏起搏领域却始终难以落地。。。。。。。 超声波的优势恰恰填补了光的短板。。。。。。。它可以穿透十几厘米甚至更深的软组织，，，并且可以被聚焦到毫米级别的细小区域。。。。。。。临床上，，，超声早已普遍应用于心脏超声检查，，，清静性和穿透力都获得了充分验证。。。。。。。 但问题在于，，，正常的心肌细胞对超声波并不敏感。。。。。。。“我们通过大宗老鼠实验发明，，，心肌细胞对超声刺激并不敏感，，，效果不如预期。。。。。。。”这项研究的第一作者巩臣告诉 DeepTech，，，他博士结业于南加州大学生物医学工程专业，，，现在在麻省理工学院和波士顿儿童医院举行博士后研究。。。。。。。 为相识决这一问题，，，研究团队将重点放在了怎样放大超声波关于心脏的影响。。。。。。。他们引入了“声遗传学”（sonogenetics），，，作为继光遗传学之后的新一代细胞调控手艺，，，声遗传学的焦点原理是通过基因工程手段，，，让特定细胞表达超声波敏感的离子通道，，，从而实现无创、精准的远程操控。。。。。。。 为了增强心脏细胞对超声的敏感性，，，研究职员选择了声遗传离子通道 MscL-G22S（由 mscL G22S 基因编码）作为“声控开关”。。。。。。。这是由香港理工大学孙雷教授团队提出的一个经由刷新的突变体，，，对超声波的敏感性和响应速率都经由优化，，，很是适适用来调控心肌细胞的节律。。。。。。。 为了增进相关基因在心肌细胞中的富集表达，，，研究职员接纳 AAV2/9 载体举行转导。。。。。。。AAV9 衣壳具有较强的心肌和骨骼肌转导倾向。。。。。。。同时，，，研究中使专心肌细胞选择性的 cTnT 启动子驱动目的基因表达，，，从而进一步限制基因表达的细胞类型规模，，，提高其在心肌细胞中的表达特异性。。。。。。。 “这种要领类似于打疫苗，，，可能每半年或一年注射一次增强针，，，所有刺激装备都在体外，，，用户或允许以天天或隔天充电，，，无需植入体内。。。。。。。”巩臣体现。。。。。。。 多年来，，，赵选贺团队一直在改良贴片粘性部位的质料，，，它不但能牢靠地贴合皮肤和州材质，，，还能让超声波在不衰减的情形下穿透而过。。。。。。。2022 年，，，他向导的团队曾开发一种可衣着超声贴片，，，其能够对人体内部器官和组织举行长达 48 小时的高质量一连医学成像。。。。。。。 在成像模式下，，，可衣着超声起搏器可以实时获取心脏的超声图像。。。。。。。更主要的是，，，研究团队还集成了人工智能算法网络剖析数据，，，系统据此判断：是否需要刺激、以及以多大强度举行刺激？？？？？ 一旦决议起搏，，，可衣着超声起搏器就切换到刺激模式。。。。。。。贴片上搭载的微型换能器可穿透胸腔发送超声波脉冲，，，以此刺激心脏。。。。。。。超声波能触发心肌细胞中特定离子通道的开放。。。。。。。当通道开启时，，，钙离子随之涌入细胞，，，向心肌细胞下达缩短跳动的信号。。。。。。。 在体外测试中，，，研究职员将超声波应用于经由基因刷新的人类心肌细胞，，，发明当把细胞袒露于超声波下时，，，它们会随着声波的节奏同步跳动；；；；；；；而未经由基因刷新的比照组细胞则没有这种反应。。。。。。。 随后，，，他们在大鼠模子上测试了这款超声波贴片，，，研究者通过静脉注射氯化钙诱导大鼠爆发急性心律失常。。。。。。。效果显示，，，该装备能够快速、清静且无创地纠正心律失常，，，并使心脏恢复正常、纪律地缩短；；；；；；；而未接受起搏的比照组大鼠，，，心律失常在整个视察期内一连保存，，，没有自觉缓解。。。。。。。 别的，，，研究团队接纳离体猪心模子开展验证，，，猪心的巨细、组织结构与人类心脏高度相似，，，是评估无创起搏手艺临床可行性的理想模子。。。。。。。实验效果显示，，，超声波穿透猪胸壁与心肌组织后，，，声压仍坚持在 2MPa 以上，，，远超心肌起搏阈值，，，即便经由多层组织衰减，，，仍能实现有用起搏。。。。。。。 据悉，，，受测原型机现在使用类似于手机充电宝的标准便携式电池组，，，最长可运行约 8 小时。。。。。。。研究职员正致力于延伸电池寿命，，，使系统更小巧、集成度更高，，，目的是实现恬静的恒久衣着。。。。。。。