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美学者发明可植入液体导线 精选

已有 6317 次阅读 2022-3-28 15:18 |系统分类:海外观察

心脏电异常引发的心脏病发作和中风是世界上最大的杀手之一。现在,研究人员发明了一种“液态导线”,当这种液体导线被注射到猪的心脏中时,可以引导心脏恢复正常节律。这项研究结果于本周在美国化学学会的一次会议上公布。

这是一个非常不错的思路,如果这种方法有效应用于人类,不仅是心脏起搏的应用,对心电脑电记录,脑机接口,电子药物等领域都有潜在的应用价值。

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许多科学家对这一技术非常认可。爱荷华州立大学的生物分子工程师托马斯·曼塞尔(Thomas Mansell)说,“这一研究令人印象深刻,而且真的很酷。”哈佛医学院的心脏电生理学家乌莎·泰德罗(Usha Tedrow)表示赞同曼塞尔的看法,她说“这确实是一项令人兴奋的研究,如果这些发现适用于人类,每年可以挽救数千人的生命。

心脏中有一个重要的起搏器结构是窦房结,负责保持心脏的节律窦房结位于心脏顶部,能产生温和的电脉冲通过房室传导束向下传播导致心脏的四个腔室协调运动,实现心脏的泵血功能。在心脏病发作或其他损伤后,心肌的疤痕组织可以阻止所需的电信号有效地传播。其结果往往是心律失常,导致心脏跳动过快或过慢,从而导致中风或心脏病发作。

这种疾病经常用消融疗法,就是通过介入技术将一些起搏器细胞冷冻或射频杀死,药物和消融技术都可以产生一定作用。其他病人必须植入除颤器。该设备检测到心律失常,它会向心脏顶部发送一个强大的电脉冲,使肌肉恢复正常节律。这可能会很痛苦。德克萨斯大学奥斯汀分校的生物材料工程师伊丽莎白·科斯格里夫-埃尔南德斯说病人永远不知道他们什么时候会被电击许多人因此患上了慢性焦虑和抑郁。

心脏病专家们希望使用一种电极,它不仅能将更温和、更少疼痛的脉搏传递到心脏的顶部,还能传递到心脏的下部腔室。一种选择是将一个薄的金属电极穿过心脏外部的冠状静脉,到达心脏的中间区域,在那里它可以刺激心脏的下腔。但是,许多患者的冠状静脉太窄或部分闭塞,这种手术不可能完成

为了解决这个问题,科斯格里夫-埃尔南德斯和她的同事们开始创造一种液体状凝胶,他们可以将其注射到冠状静脉的整个长度。这种凝胶会迅速硬化成一种导电的、柔性的塑料。(返回心脏的血液会流经其他静脉。)

为了实现这一目标,该团队创造了一种由两种成分组成的凝胶:一种被称为聚醚聚氨酯二丙烯酰胺(PEUDAm),最终形成塑料;另一个是n -丙烯酰甘氨酸酰胺,将PEUDAm分子连接在一起。两种分子分开时都是液体。

然后,研究人员通过一根超薄的分离导管喂食这两种液体,并将该导管插入活猪心脏顶部的冠状静脉。研究小组将液体推入静脉及其支流,并取出导管。一旦两种液体在静脉内相遇,化合物就会在几分钟内发生反应,硬化成一根柔韧的金属丝。

“第一次就成功了。这真的很令人兴奋,”科斯格里夫-埃尔南德斯在会议上告诉与会者。一组测试表明这些电线是稳定的,导电的,无毒的。

在另一轮测试中,科学家们在猪的一些心脏组织上留下疤痕,以模仿人类的心肌损伤。然后,他们将液态导线注入体内,在其硬化后,将其连接到一个传统的电池驱动的心脏起搏器上。起搏器触发了一个接近正常的心率。研究小组成员、德克萨斯心脏研究所心脏病专家迈赫迪·拉扎维(Mehdi Razavi)说,现在患者接受的高强度电击无法与这种效果媲美。

科斯格里夫-埃尔南德斯说,将这些有可能挽救生命的柔性电线植入人类心脏还有很长的路要走。她指出,在这之前,该团队需要在心脏病动物模型上测试可注射导线。泰德罗补充说,在进行人体试验之前,这种材料还需要在动物的长期研究中证明其稳定性和安全性。但她说,如果这被证明同样成功,这将是生物材料研究人员和患者的一个重大胜利。

Injectable electrodes could prevent deadly heart arrhythmias | Science | AAAS



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