撰文 | Qi

臨時心臟起搏器是治療短暫性心動過緩（如術后護理、心臟手術后或藥物過量）的關鍵技術。然而，傳統(tǒng)臨時起搏器依賴心外膜或經靜脈導線，需要通過開胸手術或血管內手術植入，不僅創(chuàng)傷大，還伴隨感染、心肌穿孔和導線移位等風險，對于生長快的兒童患者來說，這些技術尤其不適用【1-3】。近年來，生物可吸收電子設備的興起為解決這些問題提供了新思路，例如，無線供電或可降解材料的起搏器減少了二次手術取出的需求，但現(xiàn)有設備的體積仍較大（通常超過10毫米），且依賴外部電源或復雜的光控系統(tǒng)。此外，多部位同步起搏（如雙心室或雙腔起搏）的需求尚未得到充分滿足。

為了解決上述問題，來自美國西北大學的John A. Rogers團隊在Nature雜志上發(fā)表了一篇題為Millimetre-scale bioresorbable optoelectronic systems for electrotherapy的文章，他們在此報道了一種毫米級（小于一粒米）、可生物吸收的光電起搏系統(tǒng)，可通過微創(chuàng)注射植入，并利用近紅外光無線控制。這一技術不僅解決了傳統(tǒng)起搏器的局限性，還為神經再生、骨修復和疼痛管理等其他電療應用開辟了新途徑。

該起搏器的核心是一個由鎂或鋅陽極、三氧化鉬陰極和硅光電晶體管組成的自供電系統(tǒng)。當近紅外光照射時，光電晶體管電阻降低，使陽極和陰極與心臟組織形成的原電池放電，產生電脈沖刺激心肌。體外細胞相容性和體內生物相容性研究顯示無不良反應，所有材料（除少量碳黑外）均可生物降解，最終產物為水溶性的Mg(OH)?、H?MoO?和Si(OH)?，可通過腎臟排出，加速降解實驗顯示，設備在模擬體液中完全降解需1.2-2.5年。

圖1. 可微創(chuàng)注射植入的、自供電、生物可吸收的無線光電控制心臟起搏器

隨后，該團隊依次利用小鼠和大鼠模型，通過開胸手術將起搏器固定于心臟表面，成功實現(xiàn)光控起搏，以及犬模型，采用微創(chuàng)注射植入，術后通過皮膚照射近紅外光實現(xiàn)穩(wěn)定起搏，并利用離體人類心臟證明該起搏器的多部位（包括左心室、右心室等）起搏能力。此外，通過波長分復用（WDM）技術，該團隊完成了兩個起搏器的獨立控制，即雙心室或雙腔起搏，這種雙心室起搏能顯著縮短QRS波寬度（85±3 ms），優(yōu)于單心室起搏。

截至目前，廣泛使用的TAVR手術是一種用于嚴重主動脈狹窄患者的微創(chuàng)主動脈瓣置換術，但高達30%的患者可能會出現(xiàn)明顯的房室傳導障礙【4, 5】。為此，該團隊將其開發(fā)的多個起搏器集成到TAVR支架上，這一改進裝置不僅能在術后提供正常的起搏，預防術后傳導阻滯，還降低了潛在并發(fā)癥的暴露。此外，還可將該起搏器與無線、皮膚接口光電設備配對，實時監(jiān)測心電圖，檢測到心動過緩時自動觸發(fā)起搏。

綜上，這項研究標志著臨時心臟起搏技術的重大突破，主要體現(xiàn)在“微創(chuàng)植入、無線可控、生物可吸收”等方面，解決了臨時起搏的臨床痛點，有助于為心血管疾病患者提供更安全、更靈活的治療選擇。

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08726-4

制版人：十一

參考文獻

1. Wildbolz, M., Dave, H., Weber, R., Gass, M. & Balmer, C. Pacemaker implantation in neonates and infants: favorable outcomes with epicardial pacing systems.Pediatr. Cardiol.41, 910–917 (2020).

2. Wilhelm, M. J. et al. Cardiac pacemaker infection: surgical management with and without extracorporeal circulation.Ann. Thorac. Surg.64, 1707–1712 (1997).

3. Donovan, K. D. & Lee, K. Y. Indications for and complications of temporary transvenous cardiac pacing.Anaesth. Intensive Care13, 63–70 (1985).

4. Rodés-Cabau, J., Muntané-Carol, G. & Philippon, F. Managing conduction disturbances after TAVR: toward a tailored strategy. JACC Cardiovasc. Interv. 14, 992–994 (2021).

5. Urena, M. & Rodés-Cabau, J. Conduction abnormalities: the true Achilles’ heel of transcatheter aortic valve replacement?JACC Cardiovasc. Interv.9, 2217–2219 (2016)

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