4月2日,《自然》期刊刊载了一项引人瞩目的研究成果。美国西北大学教授、生物电子研究所主任约翰・罗杰斯成功开发出一款迄今体积最小的心脏起搏器,其尺寸仅为1.8毫米×3.5毫米,像一粒微小的米粒。
这款起搏器为何能引发《自然》杂志的重点关注呢? 新型微型起搏器具备两大突出优势。
其一,体积超小,使微创手术植入成为可能,极大地降低了手术风险;其二,采用可降解材料制作,在完成使命后能在体内自然分解消失,无需进行二次手术取出,减少了患者痛苦与潜在风险。
当下主流的植入式起搏器,大小近似钥匙扣,重量介于25克至30克之间,主要由脉冲发生器构成,需通过手术埋置于患者胸部,以此发送脉冲电流,维持正常心率。相较而言,新型微型起搏器在两种特定场景下优势尽显。
一种场景是外科手术术后临时起搏。多数心外科手术需令患者心脏短暂停跳,借助体外循环维持生命,术后再重启心脏。
在此过程中,术后心动过缓这一常见并发症极易出现,若未能及时干预,患者死亡风险将超50%。而临时起搏器的介入,能有效降低这一风险。
然而,传统起搏器植入手术精细复杂,导线插入心脏后,不仅会刺激疤痕组织异常生长,甚至可能与正常心脏组织紧密黏连,后续移除或更换起搏器时会增添新的风险。
例如,登月第一人宇航员阿姆斯特朗,便是在心脏搭桥手术拆除起搏器导线时,因心肌出血而不幸离世。若当时有如今的微型起搏器,或许便能挽救他的生命。
另一种使用场景聚焦于新生儿和未成年患者的临时起搏需求。先天性心脏缺陷是导致新生儿死亡的常见原因之一,近1%的新生儿受此困扰,且多数是因出生时心脏发育尚未完善。
此时,若能借助人工辅助起搏,约7天后,大部分患者的心脏便可实现自我修复。
但新生儿的心脏及附属器官极为娇弱细小,传统起搏器的植入与移除都蕴含极大风险,微型起搏器的微创植入方式则能显著降低此类风险。
那么,新型起搏器究竟如何实现如此小巧的体积呢?该起搏器仅集成了脉冲发射单元与电池,将心率监控和控制单元置于体外。
植入部分无需导线,仅需通过一个3毫米的皮肤切口,即可将其安置于心脏表面。在体内的起搏器,依靠体外装置进行控制。
项目团队设计了一种拇指大小的塑料片,将其贴于患者皮肤表面,一旦监测到患者心率过缓,塑料片便会发射近红外光脉冲,激活体内起搏器,促使其发出电脉冲。
此外,微型起搏器的材质全部选用生物可降解材料。其电极正极采用三氧化钼,负极是镁锌合金,控制元件由硅纳米膜构成的光电晶体管组成。
植入人体后,这些材料最多在两年半内便会逐渐分解并排出体外,无需手术取出。当然,部分材料存在隐患,不过也无需过度担忧。
因为油炸食品和酒精的致癌等级比这材料还高,相比可能面临的心脏病风险,微型起搏器的这点风险便显得微不足道了。
值得一提的是,中国科研人员在该项目中发挥了关键作用。项目团队起初考虑体外供电方式,但为保证功率需在起搏器内安装线圈,这导致体积难以控制。
最终,团队采用了中国张亚敏博士的方案,利用人体体液环境形成原电池来供电。目前,这款微型起搏器已完成实验验证,在猪和人类捐献的心脏器官上,它能连续稳定运行16天,这一时间跨度足以满足大多数心外科手术患者的恢复期需求。
微型起搏器距离实际投入使用还需多久呢?目前已有企业参与到相关科研工作中,期望在两到三年内开展临床试验。知名起搏器生产企业美敦力也对其展现出浓厚兴趣。
不过,微型起搏器工作寿命有限,即便成功实现商用,短期内大概率也仅能作为临时起搏器使用。唯有未来它能够彻底取代永久性植入的起搏器,才有望达成具有诺贝尔奖级别的重大成就。
当下,植入式起搏器属于价格高昂的医疗设备。构造最简单的单腔式起搏器,仅能作用于一个心房或一个心室,主流国际品牌的平均售价约5万元,远超同等重量的黄金价格。
构造更为复杂的双腔、三腔起搏器,不仅能同时起搏心室和心房,还配备除颤功能与高级监测算法,价格更是高达30万至50万元。这一高昂价格,既与精密设备本身的研发生产成本相关,也受市场垄断因素影响。
全球范围内,目前约有1000万患者在使用起搏器,主要集中在欧美、日澳等发达国家。美国就有超300万人安装了起搏器,每年新增植入量达10多万个。
在中国,每年新增50万至60万的心衰患者,却仅有不到10万人能够使用上起搏器。在美国,起搏器常被视作一次性设备。
近年来,美国慈善组织和医疗机构不断呼吁,效仿器官捐献模式,鼓励民众在死后捐献起搏器,这些捐赠的起搏器大多流向了印度等发展中国家。
在价格方面,中国产品已展开价格竞争。单腔起搏器价格约2万元,双腔起搏器约3万元,三腔起搏器10万元左右,相较进口产品价格降低了一半以上。
2024年3月,广东省药品交易中心公布的心脏起搏器价格,最高7.35万,最低仅7100元。国产心脏起搏器凭借价格优势,率先瞄准临时起搏器市场,这恰好与新研发的微型起搏器形成竞争态势。
因此,中国企业需密切关注此次技术革新,积极探索研发属于自己的可降解起搏器,在这场医疗技术变革浪潮中抢占先机。
【本文来源@马督工的视频内容】
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更新时间:2025-05-09
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