Nature | 突破：“比米粒还小”的可生物吸收的微型心脏起搏器

撰文 | Qi

临时心脏起搏器是治疗短暂性心动过缓（如术后护理、心脏手术后或药物过量）的关键技术。然而，传统临时起搏器依赖心外膜或经静脉导线，需要通过开胸手术或血管内手术植入，不仅创伤大，还伴随感染、心肌穿孔和导线移位等风险，对于生长快的儿童患者来说，这些技术尤其不适用【1-3】。近年来，生物可吸收电子设备的兴起为解决这些问题提供了新思路，例如，无线供电或可降解材料的起搏器减少了二次手术取出的需求，但现有设备的体积仍较大（通常超过10毫米），且依赖外部电源或复杂的光控系统。此外，多部位同步起搏（如双心室或双腔起搏）的需求尚未得到充分满足。

为了解决上述问题，来自美国西北大学的John A. Rogers团队在Nature杂志上发表了一篇题为Millimetre-scale bioresorbable optoelectronic systems for electrotherapy的文章，他们在此报道了一种毫米级（小于一粒米）、可生物吸收的光电起搏系统，可通过微创注射植入，并利用近红外光无线控制。这一技术不仅解决了传统起搏器的局限性，还为神经再生、骨修复和疼痛管理等其他电疗应用开辟了新途径。

该起搏器的核心是一个由镁或锌阳极、三氧化钼阴极和硅光电晶体管组成的自供电系统。当近红外光照射时，光电晶体管电阻降低，使阳极和阴极与心脏组织形成的原电池放电，产生电脉冲刺激心肌。体外细胞相容性和体内生物相容性研究显示无不良反应，所有材料（除少量碳黑外）均可生物降解，最终产物为水溶性的Mg(OH)₂、H₂MoO₄和Si(OH)₄，可通过肾脏排出，加速降解实验显示，设备在模拟体液中完全降解需1.2-2.5年。

图1. 可微创注射植入的、自供电、生物可吸收的无线光电控制心脏起搏器

随后，该团队依次利用小鼠和大鼠模型，通过开胸手术将起搏器固定于心脏表面，成功实现光控起搏，以及犬模型，采用微创注射植入，术后通过皮肤照射近红外光实现稳定起搏，并利用离体人类心脏证明该起搏器的多部位（包括左心室、右心室等）起搏能力。此外，通过波长分复用（WDM）技术，该团队完成了两个起搏器的独立控制，即双心室或双腔起搏，这种双心室起搏能显著缩短QRS波宽度（85±3 ms），优于单心室起搏。

截至目前，广泛使用的TAVR手术是一种用于严重主动脉狭窄患者的微创主动脉瓣置换术，但高达30%的患者可能会出现明显的房室传导障碍【4, 5】。为此，该团队将其开发的多个起搏器集成到TAVR支架上，这一改进装置不仅能在术后提供正常的起搏，预防术后传导阻滞，还降低了潜在并发症的暴露。此外，还可将该起搏器与无线、皮肤接口光电设备配对，实时监测心电图，检测到心动过缓时自动触发起搏。

综上，这项研究标志着临时心脏起搏技术的重大突破，主要体现在“微创植入、无线可控、生物可吸收”等方面，解决了临时起搏的临床痛点，有助于为心血管疾病患者提供更安全、更灵活的治疗选择。

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

制版人：十一

参考文献

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)

BioArt

Med

Plants

人才招聘

会议资讯

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

转载须知

【原创文章】BioArtMED原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArtMED所拥有。BioArtMED保留所有法定权利，违者必究。