西北大学和乔治华盛顿 (GW) 大学的研究人员开发了有史以来第一个瞬态起搏器——一种无线、无电池、完全植入式起搏器，在不再需要后就消失了。这种轻薄、灵活、轻便的设备可用于在心脏手术后或等待永久性起搏器时需要临时起搏的患者。起搏器的所有组件都是生物相容的，并且在 5 到 7 周内自然吸收到身体的生物流体中，无需手术取出。

该设备使用近场通信协议从外部远程天线无线收集能量——与用于电子支付和 RFID 标签的智能手机相同的技术。这消除了对笨重电池和刚性硬件的需要，包括电线(或引线)。引线不仅会引起感染，它们还会被疤痕组织包裹，移除后会造成进一步的损伤。

该研究将于 6 月 28 日发表在《自然生物技术》杂志上。该论文展示了该设备在一系列大型和小型动物模型中的功效。

“放置在心脏内或心脏附近的硬件会带来感染和其他并发症的风险，”领导该设备开发的西北大学的约翰 A.罗杰斯说。“我们的无线瞬时起搏器克服了传统临时设备的主要缺点，无需在手术提取过程中使用经皮导线，从而提供降低成本和改善患者护理结果的潜力。这种不同寻常的设备可能代表临时设备的未来起搏技术。”

“有时患者只需要暂时使用起搏器，可能是在心脏直视手术、心脏病发作或药物过量之后，”共同领导这项研究的西北医学心脏病专家 Rishi Arora 博士说。“在患者的心脏稳定后，我们可以移除起搏器。目前的护理标准是插入一根电线，电线可以保持三到七天。这些有可能被感染或脱落。”

“瞬态电子平台开启了医学和生物医学研究的全新篇章，”GW 的 Igor Efimov 说，他与 Rogers 和 Arora 共同领导了这项研究。“作为这项技术基础的生物可吸收材料可以创建一整套诊断和治疗瞬态设备，用于监测疾病和治疗的进展，提供电、药理学、细胞治疗、基因重编程等。”

Rogers 是麦考密克工程学院和范伯格医学院材料科学与工程、生物医学工程和神经外科的 Louis Simpson 和 Kimberly Querrey 教授，也是 Querrey Simpson 生物电子学研究所的主任。Arora 是 Feinberg 的医学教授和心律失常研究中心的联合主任。Efimov 是 GW 的 Alisann 和 Terry Collins 生物医学工程教授。

放弃限制性的、有风险的线索

目前，为了在心脏直视手术后设置临时起搏器，外科医生必须在手术期间在心肌上缝制临时起搏器电极。这些导线从患者胸部的前部引出，连接到外部起搏箱，该起搏箱提供电流以控制心脏节律。

当不再需要临时起搏器时，医生会移除起搏器电极。虽然不常见，但植入临时起搏器的潜在并发症包括感染、移位、组织撕裂或损坏、出血和血栓。

借助 Northwestern 和 GW 的瞬态起搏器，外科医生和患者可以避开这一具有潜在风险的手术。完全可植入的设备轻而薄——250 微米厚，重量不到半克。柔软而有弹性，它封装了电极，柔软地层压在心脏表面以传递电脉冲。

“我们可以植入这种无引线的生物相容性起搏器，而不是使用会被感染和脱落的电线，”阿罗拉说。“该电路直接植入心脏表面，我们可以远程激活它。在数周内，这种新型起搏器会自行‘溶解’或降解，从而无需物理移除起搏器这对术后患者来说可能是一个重大的胜利。

“通过进一步修改，最终有可能通过腿部或手臂的静脉植入这种生物可吸收起搏器，”他补充道。“在这种情况下，也有可能为心脏病发作的患者或接受导管手术的患者提供临时起搏，例如经导管主动脉瓣置换术。”

优先考虑患者舒适度

未参与该研究的西北医学心脏外科医生 Duc Thinh Pham 博士认为，瞬态起搏器无疑会让他的患者更舒适。使用当前的起搏器，患者在插入导线后的几天内通常会感到不适。然后，他们必须限制他们的运动和活动，以防止导线脱落。

“这个瞬态起搏器非常棒，”Pham 说，他在整个职业生涯中进行了 2000 多次心脏手术。“除了解决偶尔心脏手术后患者因阻塞或心律失常需要临时起搏的主要问题外，该设备还解决了患者舒适度、自由活动和康复能力等次要问题。如果成功，该设备将大大提高病人的术后过程。”

消失的行为

这是来自 Rogers 实验室的生物可吸收电子医学的第二个例子，该实验室已经研究瞬态电子学十多年了。2018 年，Rogers 及其同事展示了世界上第一个生物可吸收电子设备——一种可加速神经再生的可生物降解植入物。该团队的生物可吸收装置是完全无害的——类似于可吸收缝线。完全降解后，这些设备会通过人体的自然生物过程完全消失。

“显然需要更好的临时心脏起搏器，”该研究的合著者、Feinberg 的 Chester C. 和 Deborah M. Cooley 心脏病学杰出教授 Bradley Knight 博士说。“当我第一次了解生物可吸收神经刺激器时，我联系了 Rogers 教授，探讨使用这项技术来为心脏起搏的可能性。他已经开始与 Efimov 博士合作开发一个小型版本的生物可吸收起搏器作为证明概念。然后我们与两个团队合作开发了一个更大版本的生物可吸收、无引线、心脏起搏器，它可以在人类规模上有效。这是一个很好的例子，说明我们可以在西北大学通过将工程和医学专业知识结合起来创造出什么。 ”

根据患者的不同，可能需要几天到几周不等的临时起搏器。通过改变设备中材料的成分和厚度，罗杰斯的团队可以控制它在溶解前保持功能的精确天数。

罗杰斯说：“我们用不同类型的安全、生物可吸收材料和优化的结构制造这些设备，以确保在比临床需要的时间更长的时间内稳定运行。” “我们可以定制设备以应对广泛的相关生命周期。一般而言，瞬态技术有朝一日可以为各种医疗状况提供治疗或治疗——从某种意义上说，作为一种工程医学形式。”

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