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植入设备: 小芯片,大未来

2017年10月12日 07:29    作者:    来源:科技日报    [纠错]

 

视觉中国

  药物,似乎是目前治疗疾病的首选方式。人类一直幻想,如果某一天有一款植入式设备可以让患者对药物不再依赖,那将多么理想。

  如今,梦想正变成现实。近日,在英国医学科学院的年度论坛讲座上,纽约范斯坦研究所负责人凯文·特雷西教授透露,研究人员在用电极神经刺激替代化学药物方面已经迈出了第一步。

  未来医疗健康领域的发展趋势

  “植入”这个词在医学界已经被广泛使用,并且都是以拯救生命、修补残疾为前提的,比如心脏起搏器、脑神经刺激器以及人工耳蜗等。这些成熟的医疗技术,均已在现实生活中得以普遍应用。

  早在4年前,3岁聋童格雷森·克莱姆普接受了全美首例儿童辅助听觉芯片植入脑干的手术,第一次听见了声音;2008年,当另一块芯片植入到芬兰人特霍的视网膜后,40岁的他10年来第一次能够看见和辨认一些物体,不仅读出了大字体印刷的字母,还认出了自己的亲人。

  几乎所有肿瘤患者都害怕阿片类药物,不希望自己对其产生依赖。对此,英国科学家宣称,他们正在研发一种医用植入设备,医生将能对肿瘤生长进行实时追踪,需要投递多少药物、投在哪里也将更有针对性。这对医生和患者都具有很强的吸引力。

  心脑血管疾病、糖尿病、癌症、慢性呼吸系统疾病等常见慢性病已经成为主要的致死原因。由于慢性病病程顽固,治疗依赖于长期按时用药,给患者的生活带来了极大不便。如何摆脱长期用药给患者带来的痛苦,是各国科学家一直努力研发的目标。英国制药巨头葛兰素史克的科学家近日宣布,未来几年将研发出一种可以治疗慢性病的微型可植入设备。这类设备一旦研发成功,或将为慢性病治疗带来重大突破,甚至可以使患者逐步摆脱对药物的依赖。可以说将这类技术应用到慢性疾病治疗领域,是未来医疗健康领域的发展趋势。

  中国在自主研发上并未落后

  治疗帕金森病,大多数患者首先考虑的是药物治疗。上世纪60年代末期,为避免长期服药带来的药效降低,医生们通过外科手术在大脑中植入电极来控制颤抖。

  脑深部电刺激术被称为“脑起搏器”,是顶尖科技应用于临床的典型代表。1995年,美敦力公司研发的第一代大脑起搏器投入临床试验,用以治疗原发性震颤与帕金森震颤。很快,作为一种新的治疗方法,大脑起搏器在全球范围内流行。上世纪九十年代末,我国即开始引进此项技术,但美国公司对该项技术的独家垄断,导致设备价格居高不下,临床推广缓慢。

  在科技部的支持下,清华大学、品驰医疗科研团队先后自主研制出单通道、双通道和可充电等系列化脑起搏器,成功地打破了美国的技术垄断。据北京天坛医院神经外科教授张建国介绍,国产化的神经调控技术产品,不仅在价格上大幅度下降,更在技术上体现出后发优势,远程程控、变频刺激、3.0T核磁兼容等一项项创新已经开始走在世界前列。

  国际上现有的脑起搏器尚不能和高场强核磁扫描良好地相容,但清华大学神经调控技术国家工程实验室主任李路明教授却透露,研究团队已经发明了基于碳纳米材料薄膜等包裹的新电极结构。这意味着,未来在核磁设备下,清华脑起搏器能正常工作,患者可以放心地做核磁共振检查。目前,这一产品正处于临床试验阶段。

  中国科研人员不仅在“大脑”上有所作为,在“人工心脏”上也大显身手。日前,从北京大学第三医院传来令人振奋的好消息。中国自主研发制造的“人工心脏”或将打破西方国家的垄断,而使更多中国人有条件接受这种治疗,从而获得生命的延续。

  植入设备的“便携”与“不便携”

  植入型设备明显比穿戴型设备更方便携带,但是带来的另一个问题,也是最大问题就是拆装变得极为不便,因为无论是将电池放入体内,还是频繁地将这些设备从体内取出补充能量都是不现实的。能否解决好这个问题,会决定这个行业能否健康的发展。

  针对这一问题,美国马萨诸塞州德雷珀实验室的研究团队开发了一种能够生物降解的电池。只要将其植入身体的内部即可产生能源,并且可以传输到所需要的地方去,之后可自动融化。这种发明无疑推进了可植入智能设备的进程。

  无独有偶,加利福尼亚大学洛杉矶分校和康涅狄格大学的一组研究人员设计研发的,由人类蛋白质分层的石墨烯电极组成的“生物超级电容器”新型储能系统,可以让植入式医疗器材不再依赖电池供能。另外,其他研究包括利用人体内的葡萄糖为可植入设备提供动力。比如马铃薯电池,尽管体积很小,但却更为先进。

  国外有了新的研究成果,中国也不会落后的。近日,中国复旦大学研发了一款可植入人体静脉的轻型发电机。据悉,该发电机基于缠绕在聚合物核心上有序排列的碳纳米管,由纤维状流体纳米器负责相对运动,从而通过纤维分层获得血液流动梯度力。虽然这一技术还处于早期阶段,但他们已经在青蛙体内植入该设备,实验结果较为理想。由于该发电机的安全保障性极高,未来或将用于临床,为植入医疗设备技术贡献一份力量。

  经过多年的研究,业界专家普遍认为可植入设备是可行的,但由于外科手术水平和个体差异的影响,对于植入式电子设备,任何医疗设备都不能保证100%的安全。

  据中科院深圳先进技术研究院医用芯片设计室的专家介绍,可植入设备是一个多学科交叉的研究领域,涉及到生物医学工程、微电子学、医学等,各方面的专家需要通力解决芯片体积大、电池寿命短、生物相容性以及免疫排斥反应等问题。可以明确的是,“在正常使用范围和安全期限内,可植入设备是很安全的”。

  随着植入医疗设备技术的发展,其可支持的领域也将越来越多。虽然短期内其安全性会受到广泛质疑,但依然可以相信,这些技术和设备必将成为未来临床医疗的重要组成部分。

【责任编辑:丽丽】

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