一款可溶解的心脏起搏器，比米粒还小，并由光供电，可能成为拯救新生儿生命的重要工具。该装置可以通过注射器非侵入性地植入，对于患有某些心脏缺陷的成人患者也可能很有用。这项医疗突破的详细信息刊载于4月2日发表在《自然》杂志上的一项研究中。
每年大约有百分之一的婴儿患有先天性心脏缺陷。大多数病例仅需要临时植入约七天，以便心脏有时间自行修复。但在缺乏先进医疗保健的低资源地区，本应简单的手术常常会以悲剧告终。与此同时，目前成人临时起搏器的标准也存在困难。大多数手术需要外科医生将电极直接缝合在心脏上，然后通过穿过患者胸部的电线将这些电极连接到外部起搏盒。医生在不再需要电极时会将其移除，但术后风险包括感染、组织损伤、移位和血栓。电线有时也会被瘢痕组织包裹，造成进一步的并发症。
“事实上，尼尔·阿姆斯特朗就是这样去世的。他在接受搭桥手术后使用了临时起搏器。移除电线时，他发生了内出血，”实验心脏病专家兼该研究的共同负责人伊戈尔·叶菲莫夫在声明中解释道。
2021年，包括叶菲莫夫在内的西北大学的一个团队公布了一款四分之一大小、可生物降解的临时起搏器，没有笨重的电池、硬质组件或电线。该装置依靠类似于RFID标签和智能手机用于电子支付的近场通信协议。但要实现这一点，起搏器需要内置天线来传递射频命令。
“我们的原始起搏器效果很好。它很薄，有弹性，而且完全可吸收。但接收天线的大小限制了我们微型化的能力，”其共同创造者兼生物电子学先驱约翰·罗杰斯说。
罗杰斯、叶菲莫夫和合作者在接下来的几年里研究了各种方法，以将他们的临时起搏器缩小到更小的尺寸。他们最终意识到，他们可以用一种依赖光传输数据的新设计来代替无线电天线。他们还用化学电池（一种将化学能转化为电能的电池）取代了原始设备的近场通信电源。在新版本中，起搏器依靠两个金属电极，这些电极在与周围的生物流体相互作用后会产生电流。然后，该电流通过安装在电池另一侧的微型红外线激活开关，用于刺激和调节心脏。
“红外线能很好地穿透人体，”叶菲莫夫说。“如果你把手电筒放在手掌上，你会看到光从手掌的另一侧透出。事实证明，我们的身体是很好的导光体。”
由于人体心脏只需要少量电刺激，研究人员得以将下一代起搏器做得更小。最终结果是一个厚度为1毫米、宽度仅为1.8毫米、长度为3.5毫米的装置，它仍然能够提供与标准起搏器相同的电刺激量。
“据我们所知，我们已经开发出了世界上最小的心脏起搏器，”罗杰斯说。
考虑到其材料会随着时间安全地溶解，因此该起搏器也不需要任何后续的侵入性手术来移除。这大大降低了术后并发症和创伤的可能性。
但为什么只止步于一个微型起搏器呢？叶菲莫夫、罗杰斯和合作者认为，进一步的进步可以允许在心脏上部署多个设备。一旦植入，设计者就可以根据特定的光波长协调它们独立或一起移动。这可能导致更复杂的同步疗法，包括治疗心律失常的疗法。
“我们还可以将我们的起搏器整合到其他医疗设备中，例如可能导致心脏阻滞的心脏瓣膜置换，”叶菲莫夫建议道。
该装置的尺寸也意味着它可以被整合到其他植入式工具中，如经导管主动脉瓣置换术、疼痛抑制器以及神经和骨骼修复技术中。然而，这些未来的可能性都回溯到团队最初的目标。
“我们的主要动机是儿童，”叶菲莫夫说。“现在，我们可以将这个微型起搏器放在孩子的心脏上，并用一个柔软、温和、可穿戴的设备来刺激它。”
