南加州大学研发无创超声起搏器，有望改变心脏治疗格局

全球约有300万美国人依赖传统起搏器维持生命，每年仍有数十万新增患者植入此类设备。这些小型电池供电装置通过导线连接心脏以维持节律，但伴随而来的是手术风险、感染隐患、导线老化以及每几年需更换一次的医疗负担。对于高龄或身体虚弱的患者而言，传统植入手术本身往往过于危险。如今，由南加州大学（USC）维特比工程学院前博士毕业生、现任麻省理工学院（MIT）博士后研究员龚晨（Chen Gong）领衔的研究团队，联合其导师周启发（Qifa Zhou）教授及来自麻省理工学院、加州大学洛杉矶分校（UCLA）、哈佛大学和加州理工学院（Caltech）的跨学科专家，成功开发出一种无需植入导线的可穿戴非侵入式起搏器。该设备利用超声波技术替代传统电刺激，标志着心脏节律管理领域的一项重大突破。

从电能到声能的技术范式转移

这项研究的核心创新在于彻底改变了控制心跳的能量介质：从传统的电流转变为声波。系统运作依赖于一个两步走的精密过程。患者需接受一次性基因疗法注射，使心脏细胞获得一种特殊的离子通道。这种分子闸门能够特异性地响应超声波信号。随后，佩戴在胸部的微型可穿戴设备向体内发射经过调制的超声波脉冲。

麻省理工学院研究员陆根喜（Gengxi Lu）解释道：“当超声波到达这些经过基因工程改造的心脏细胞时，离子通道打开，钙离子流入，细胞随即收缩。这就是我们能够在完全不接触心脏的情况下控制心跳的原理。”该可穿戴设备体积仅如邮票大小，是一种柔性超声贴片，可直接贴合皮肤。其内部集成了微型换能器以产生精准声波，并连接至口袋大小的控制器进行电源管理。

在实验室实验和动物模型研究中，该系统成功恢复了包括心律失常模型在内的正常心脏节律。长期以来，研究人员一直探索利用超声波刺激心脏的可能性，但主要挑战在于可靠性不足——单纯的声波产生的效果微弱且不一致。此次突破的关键在于将超声波与“声遗传学”（Sonogenetics）技术相结合，该技术使细胞具备对声音的响应能力。

龚晨表示：“这是首次通过可穿戴设备实现、非侵入式的心脏起搏。通过赋予心脏细胞更敏锐的‘听觉’，我们将原本不可靠的技术转化为可控、同步且具有临床意义的治疗手段。”麻省理工学院机械与土木工程教授赵轩和（Xuanhe Zhao）认为，这不仅是渐进式改进，更是该领域的转折点，证明了无需手术即可从体外高精度控制心脏这一重要器官。

闭环智能监测与实时自适应

新一代起搏器最显著的优势在于其具备实时监测与响应能力。内置成像技术与人工智能算法共同构建了一个“闭环”系统：设备持续观察心脏状态，解读信号，并根据需要调整刺激强度，形成持续的反馈循环，而非像传统起搏器那样仅输出固定脉冲。

龚晨指出：“如果心脏节律发生变化，我们的系统会实时适应。”这种设计超越了依赖简单传感器且无法直接可视化心脏的传统设备。目前原型机使用标准便携式电池组（类似手机充电宝）可运行约8小时，研究人员正致力于延长续航并进一步缩小体积，以实现长期舒适佩戴。

跨学科协作与未来应用前景

该项目汇聚了多所机构的专长。南加州大学周启发团队负责超声换能器设计、可穿戴系统工程及核心声遗传学工作；麻省理工学院提供了先进的生物粘合水凝胶材料，确保设备在有效传输声波的牢固贴合皮肤；加州大学洛杉矶分校、哈佛大学、加州理工学院及布里格姆妇女医院则在化学、生物工程、医学工程及临床医学方面提供了关键支持。

周启发教授道：“我们此前开发了用于成像的超声换能器，现在将其与生物学结合，创造出不仅能‘看见’身体，还能‘治疗’身体的技术。”在商业化之前，团队需在大型动物模型和人体试验中证明基因疗法组件的长期安全性和耐久性，并满足监管标准。该技术平台潜力巨大，未来可能扩展至大脑、疼痛管理或胰腺、膀胱等其他器官的治疗。

对于中国医疗器械行业而言，这一突破提供了重要的技术启示。中国在超声成像领域拥有深厚的产业基础和供应链优势，而在柔性电子和生物材料方面也在快速追赶。传统起搏器市场主要由美敦力（Medtronic）、雅培（Abbott）等巨头垄断，其核心壁垒在于植入式硬件的稳定性与电池寿命。新型非侵入式技术若成功商业化，将打破这一格局，为中国企业提供了从“跟随模仿”转向“原始创新”的弯道超车机会。中国企业可重点关注柔性传感器、微型超声换能器及AI算法在闭环医疗控制中的应用，这些正是该技术的核心痛点所在。基因疗法的监管路径尚不明朗，国内企业在布局此类前沿技术时，需提前介入伦理审查与临床合规性研究，以应对未来可能更严格的全球监管环境。