不久前，麻省總醫(yī)院和麻省理工學(xué)院的研究人員合作創(chuàng)造出第一個(gè)“跳動(dòng)”的生物機(jī)械混合心臟。人造心臟的出現(xiàn)，為心臟移植治療心力衰竭等心臟疾病打開了一扇經(jīng)濟(jì)且可行的大門。

事實(shí)證明，心臟利用的扭曲和擠壓運(yùn)動(dòng)將血液泵入身體。這是一組復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，由覆蓋心室的一層心肌提供動(dòng)力。

麻省理工學(xué)院（MIT）、麻省總醫(yī)院和合作機(jī)構(gòu)的研究人員最近利用這一發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了一種新的生物機(jī)械混合心臟——用一層柔軟的、機(jī)械的、可遠(yuǎn)程充氣的氣泡代替肌肉組織的豬的心臟。

這個(gè)機(jī)械氣泡矩陣是由MIT的研究人員設(shè)計(jì)的，但是它在心臟上的位置（去除了原來的肌肉組織）是Christopher·Nguyen的實(shí)驗(yàn)室提供的心臟成像數(shù)據(jù)提供的。

Nguyen博士是MIT心血管研究中心心血管生物工程和成像實(shí)驗(yàn)室的首席研究員，哈佛醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)助理教授。

仿生生物機(jī)械心臟的突破性設(shè)計(jì)將有助于加速為心臟病患者開發(fā)新的人工瓣膜和心臟裝置。

“心臟設(shè)備的最大問題是用一個(gè)尺寸適應(yīng)所有患者，但這并不是總有效”——Christopher·Nguyen

將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為功能

該項(xiàng)目起源于麻省理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)成像教授Ellen·Roche的實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室的研究重點(diǎn)是確定心臟設(shè)備設(shè)計(jì)的新方法。

Roche和研究生Clara·Park首先嘗試通過研究心臟的3D解剖結(jié)構(gòu)來復(fù)制這種跳動(dòng)動(dòng)作。 當(dāng)證明不成功時(shí)，Roche聯(lián)系了Christopher·Nguyen，Nguyen以能夠繪制心臟組織的詳細(xì)圖像而聞名。

Nguyen和他的團(tuán)隊(duì)隨后使用了一種稱為擴(kuò)散張量成像的技術(shù)，可以建立圍繞心臟左心室的肌肉纖維的3D和2D映射。

用擴(kuò)散張量成像法繪制的心臟肌纖維圖

之后，Roche的團(tuán)隊(duì)將機(jī)械氣泡矩陣進(jìn)行調(diào)整以模擬他們觀察到的肌肉纖維的方向。

Nguyen解釋說：“在工程學(xué)中，結(jié)構(gòu)決定功能是公認(rèn)的?！拔覀兊南敕ㄊ牵绻覀円赃m當(dāng)?shù)姆绞皆诮Y(jié)構(gòu)上構(gòu)建它，我們應(yīng)該能夠復(fù)制相同的功能。”

結(jié)果如何？一種可以讓研究人員在受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中復(fù)制心率、收縮和血流的泵送式生物機(jī)械心臟誕生了。

心臟模型可以加速心臟瓣膜和心臟裝置的發(fā)展，在進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)之前，必須在完全人工心臟模型和動(dòng)物身上進(jìn)行廣泛的試驗(yàn)。

該團(tuán)隊(duì)包括波士頓兒童醫(yī)院、哈佛醫(yī)學(xué)院、都柏林皇家外科學(xué)院和新加坡南洋理工大學(xué)的合作者，去年在《Science Robotics》雜志上發(fā)表了他們的研究成果。

這張核磁共振圖像顯示了生物機(jī)械心臟的結(jié)構(gòu)

定制設(shè)備和替換心臟會(huì)是未來的趨勢嗎？

Nguyen說，研究小組的長期目標(biāo)是利用掃描數(shù)據(jù)，以這種生物機(jī)械的混合形式復(fù)制患者特定的心臟結(jié)構(gòu)、大小和功能。然后，他們可以使用實(shí)驗(yàn)室模型定制適合個(gè)人心臟的心臟設(shè)備。

他解釋說：“心臟設(shè)備的最大問題是用一個(gè)尺寸適應(yīng)所有患者，但這并不是總有效”

隨著組織工程的進(jìn)一步發(fā)展，Nguyen認(rèn)為有朝一日可能會(huì)用這種雜交心臟作為心力衰竭患者的“替代”心臟。

在這個(gè)未來的場景中，病人的心臟將被手術(shù)切除，并用機(jī)械氣泡矩陣重新安裝，然后放回患者體內(nèi)，所有這些操作只要一次手術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)。

他說：“我可以看到這在未來會(huì)產(chǎn)生更大的影響，因?yàn)槿澜缬袛?shù)以百萬計(jì)的心力衰竭患者。”

“目前的治療方法只能改善癥狀，并可能幫助你活得更長。然而，許多心力衰竭的病例無法逆轉(zhuǎn)，這些患者需要一顆新心臟，這只是時(shí)間問題?！?/p>

關(guān)于美國麻省總醫(yī)院

麻省總醫(yī)院成立于1811年，是哈佛醫(yī)學(xué)院最初設(shè)立且規(guī)模最大的教學(xué)醫(yī)院。我們擁有全美最大的以醫(yī)院為基礎(chǔ)的研究項(xiàng)目，同時(shí)也是美國國立衛(wèi)生研究院研究資金最大的接受者，我們的研究項(xiàng)目橫跨醫(yī)院的20多個(gè)臨床部門和中心。麻省總醫(yī)院可以為幾乎每一個(gè)專科和次?？啤?nèi)科和外科領(lǐng)域提供精準(zhǔn)的診斷和治療。我們的六個(gè)多學(xué)科護(hù)理中心以癌癥、消化系統(tǒng)疾病、心臟病、神經(jīng)內(nèi)科、血管醫(yī)學(xué)和創(chuàng)傷中心的創(chuàng)新而聞名世界。另外麻省兒童總醫(yī)院提供全面的小兒保健服務(wù)，從初級護(hù)理到運(yùn)用尖端療法診治復(fù)雜和罕見的疾病。麻省總醫(yī)院連續(xù)多年被《美國新聞與世界報(bào)道》評為美國最頂級醫(yī)院之一，也是唯一一家在所有16項(xiàng)?？婆琶芯@得名次的醫(yī)院。在接受評估的近5000家醫(yī)院中，麻省總醫(yī)院自1990年評選舉辦開始便一直占據(jù)榮譽(yù)榜頂級醫(yī)院之列。

參考：

原文鏈接：https://mgriblog.org/2021/01/12/researchers-create-biorobotic-beating-heart/

《Science?Robotics》文章摘要鏈接：https://robotics.sciencemag.org/content/5/38/eaay9106

編輯：李泳欣