技術(shù)前瞻：光控心臟起搏器的未來

美國科學(xué)家首次使用激光束控制了心臟的跳動。這一發(fā)現(xiàn)為人類探索心臟奧秘翻開了新的一頁，也使光控心臟起搏器的問世成為可能。

普通的心臟起搏器是通過微弱的脈沖電流刺激心肌細(xì)胞，進(jìn)而調(diào)整心跳的節(jié)律。早在1967年，電信號起搏器面市不久，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)光能夠提高心臟的跳動頻率，但由于條件所限，人們還不懂得如何控制它。直到2008年，日本的一個研究團(tuán)隊才使用一種近紅外激光束，成功地控制了一團(tuán)離體心肌細(xì)胞的搏動。但到目前為止，還沒有人能夠控制整個心臟。

但有一個人還沒死心。Michael Jenkins是美國俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學(xué)的一名生物醫(yī)學(xué)工程師，他閱讀了1967年的發(fā)現(xiàn)之后，決計將這項實驗繼續(xù)下去。他和他的同事使用激光束照射一些鵪鶉的離體活胚胎，這些胚胎只有2~3天大，其心臟體積只有2立方毫米，比一團(tuán)心肌細(xì)胞大不了多少，是非常合適的實驗材料。

奇跡出現(xiàn)了。Jenkins發(fā)現(xiàn)，胚胎的心跳跟激光的脈沖頻率同步了起來。研究者嘗試調(diào)整脈沖頻率，先從每秒2~3次開始，然后逐漸減慢，但結(jié)果依然如故，脈沖頻率變化的幅度甚至可達(dá)50%。Jenkins的研究團(tuán)隊將這一結(jié)果發(fā)表在8月15日出版的《自然—光子學(xué)》雜志上。

隨后，研究小組測試了不同能量的激光，來尋找最安全和最有效的那一束。結(jié)果表明，0.8焦耳/平方厘米的激光不會對心臟造成傷害；當(dāng)能量提高到五倍時，受試的心肌細(xì)胞就被烤焦了。

Jenkins表示，雖然需要經(jīng)過長期的觀察實驗，才能確定這些心肌細(xì)胞究竟是不是真的毫發(fā)無傷，但這次的結(jié)果毫無疑問是意義重大的。“我們想知道先天性心臟病是如何形成的，也想知道心臟搏動頻率是怎樣一步步發(fā)生變化的。”Jenkins說，“我們更想使用一種無創(chuàng)的手段來治療心臟疾病。”日本大阪大學(xué)的生物物理學(xué)家Nicholas Smith是使用激光控制心肌細(xì)胞的第一人，他表示Jenkins的研究是一項重大突破。“我非常高興看到這一進(jìn)展，這是世界上首次用激光調(diào)控了整顆心臟。如果這項研究能夠深入下去，人們將會發(fā)現(xiàn)，激光能做的事情還有很多”。

但要深入挖掘下去，卻不是那么簡單的事情，有一些問題還等待科學(xué)家來解答。首當(dāng)其沖的就是激光究竟是如何刺激心臟工作的，盡管許多科學(xué)家猜測是因為激光影響了細(xì)胞的溫度，但這一機(jī)制還沒有得到證實；第二，目前Jenkins還無法確定他的研究結(jié)果能不能應(yīng)用于體積更大的成熟心臟。

Smith表示，如果上述問題能夠得到解決，并且能確保心臟不會受到損傷的話，激光就很有可能應(yīng)用于臨床治療，比如心臟手術(shù)或者起搏器的移植。