超聲貼片：未來起搏器新方案，聲遺傳學(xué)為突破口

心臟起搏器如同高精度腕表一般穩(wěn)定可靠，通過釋放電脈沖維持心臟勻速跳動。但它和手表有一點截然不同：一旦電池耗盡，就必須通過手術(shù)更換，這類手術(shù)最短每五年就要進(jìn)行一次。雖然植入起搏器的手術(shù)風(fēng)險不高，但任何外科操作都存在引發(fā)并發(fā)癥的隱患。

來自加州與馬薩諸塞州的一組科研人員研發(fā)出一款無需手術(shù)植入的新型起搏器，相關(guān)成果于近日發(fā)表在《自然?生物醫(yī)學(xué)工程》期刊上（https://www.nature.com/articles/s41551-026-01673-z）。研究團(tuán)隊打造了一款可穿戴設(shè)備，能夠替代傳統(tǒng)起搏器，整機(jī)尺寸約和iPod Shuffle播放器相當(dāng)。該貼片可粘貼在患者胸口，依靠發(fā)射超聲波調(diào)控心臟搏動。

不過這款無創(chuàng)起搏器能夠運轉(zhuǎn)，超聲技術(shù)只是其中一環(huán)。患者需要先接受一次基因治療，讓心肌細(xì)胞能夠?qū)Ω哳l超聲波產(chǎn)生響應(yīng)。該療法僅需簡單注射給藥，作用相當(dāng)于為超聲設(shè)備的聲波配備信號增強(qiáng)器。

研究團(tuán)隊已在大鼠、與人類心臟結(jié)構(gòu)相近的豬心，以及人體心肌細(xì)胞樣本上驗證了這套方案的有效性。

麻省總醫(yī)院布里格姆基因與細(xì)胞治療研究所所長Roger J. Hajjar博士并未參與此項研究，他評價道：“這項研究極具創(chuàng)新性，令人振奮。”他表示，該研究充分證實了這項技術(shù)具備安全性與有效性，“成果令人矚目”。

在臨床診療流程中，治療第一步是注射基因藥物，使心肌細(xì)胞能夠“感知”超聲信號。該療法會誘導(dǎo)細(xì)胞在遍布細(xì)胞膜的離子通道上生成一種聲波敏感蛋白。 這類技術(shù)統(tǒng)稱為聲遺傳學(xué)，核心是改造細(xì)胞，使其具備響應(yīng)聲波的能力。其設(shè)計思路與光遺傳學(xué)類似，后者通過基因編輯讓細(xì)胞對光信號產(chǎn)生反應(yīng)，現(xiàn)已應(yīng)用于聽力損傷、慢性疼痛的治療研究。

參與該論文研究的麻省理工學(xué)院機(jī)械工程博士后Gengxi Lu（現(xiàn)任職Meta高級超聲工程師）介紹，關(guān)鍵一點是，這種基因療法不會改變?nèi)梭wDNA。他解釋，該療法只是向細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入核糖核酸（RNA），指令細(xì)胞合成對超聲敏感的蛋白，不會改動細(xì)胞原本的遺傳編碼。

后續(xù)患者只需將一款可穿戴設(shè)備像創(chuàng)可貼一樣貼在胸口。設(shè)備通過導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)供電模塊，模塊可放置在褲袋內(nèi)，外觀和胰島素泵類似。

超聲貼片經(jīng)過程序設(shè)定后會持續(xù)發(fā)射高頻聲波，細(xì)胞內(nèi)的敏感蛋白接收信號后，會激活細(xì)胞膜離子通道，促使鈣離子流入細(xì)胞。鈣離子內(nèi)流的信號，會觸發(fā)心臟完成一次搏動。

負(fù)責(zé)該項研究時，Chen Gong是南加州大學(xué)博士生，如今任職麻省理工學(xué)院博士后研究員。他表示，從后續(xù)研發(fā)角度來看，聲遺傳學(xué)已具備成熟條件，可用于攻克多種醫(yī)學(xué)難題。哈佛大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校、加州理工學(xué)院的科研人員也共同參與了此項研究。

Source images: Chen Gong, Qifa Zhou, et al.

他表示，借助聲遺傳學(xué)技術(shù)，“我們幾乎可以精準(zhǔn)調(diào)控體內(nèi)任意目標(biāo)刺激區(qū)域，例如大腦深部、眼部以及其他各類器官。”

但這款超聲起搏器仍有待更多驗證。Hajjar博士稱，若想實現(xiàn)臨床落地，該設(shè)備必須在運動狀態(tài)、長期佩戴、人體解剖結(jié)構(gòu)差異等各類復(fù)雜條件下，達(dá)到與傳統(tǒng)起搏器相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定可靠性。除此之外，盡管部分基因療法已獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)，但高昂成本、安全風(fēng)險與相關(guān)監(jiān)管要求仍是該技術(shù)落地的一大阻礙。

他表示：“最核心的問題并非這套超聲設(shè)備是否有效 —— 目前來看它潛力十足，而是當(dāng)下傳統(tǒng)起搏器的安全性與使用表現(xiàn)已經(jīng)十分優(yōu)異，這套無創(chuàng)起搏系統(tǒng)帶來的好處，是否值得讓患者接受心臟基因治療。這一點將最終決定該技術(shù)的臨床應(yīng)用規(guī)模。”