软机器人心脏泵

全世界有4000万人患有心力衰竭。这是心肌病变的地方，不能泵出足够的血液。它使人非常虚弱，它剥夺了患者的生活质量。目前，唯一有效的长期解决方案是移植，但只有极少数人幸运地接受了移植。这促使研究人员开发了一种叫做心室辅助装置的装置，这种装置可以插进心脏来帮助心脏泵血，但它们也不是没有问题。现在艾伦·罗奇设计了一个更好的，可以像手套一样环绕心脏，她向克里斯·史密斯解释道……

艾伦:这是一个橡胶制成的袖子，里面嵌有气球，可以随着心脏收缩和跳动，帮助心脏向身体输送更多的血液。这种技术的优点是套管环绕心脏外部，不像现有的心室辅助设备那样与血液接触。

克里斯-为什么这些设备接触血液会有问题?

艾伦:因为血液是通过异物泵送的，并且与异物接触，血液会凝结，而凝结会导致中风等事件。所以有这些装置的病人在使用血液稀释剂这种药物本身就会有并发症。

克里斯-现在跟我们说说这个装置吧。它是如何投入的，又是如何工作的?

Ellen -这个装置将通过手术放置在心脏周围。在我们临床前模型的研究中我们通过胸骨打开胸腔，胸骨是一块胸骨，通过手术将它放置在心脏周围。这个装置本身是由硅制成的，我们嵌入了人造肌肉，这些人造肌肉是小的可收缩元件，我们模仿心脏肌肉的组织方式来定位它们。因此，当它们收缩时，你会得到挤压运动和扭曲运动，这就是心脏本身的运动方式，所以通过模仿心脏，我们提高了输出。

克里斯-怎么给设备供电?你是如何让它经历这些形状变化的呢?

Ellen -这些元件依靠来自外部压力源的压力空气工作。我们有压力调节器和阀门，当心脏收缩和放松时，它们会同步打开和关闭。

克里斯:所以你是在有效地从外部给心脏施加压力，挤压血液?这有点像在你的拳头里挤一块布，然后把水挤出来——这是对心脏的一种作用，因此，帮助它排出足够的血液到全身。

艾伦-没错。就像你说的，挤，也拧。这种扭曲确实有帮助，这与该领域先前描述的研究不同。

Chris -现在，心力衰竭有很多不同的形式，可以影响心脏的一边而不是另一边，因为我们有左心脏和右心脏，它们的功能略有不同。那么你的设备能适应所有类型的心力衰竭吗?

艾伦-没错。我们的设备的优点之一是它是模块化的，所以我们可以独立地对设备的不同侧面进行精确或加压。我们可以编程让它只有左侧收缩。我们还可以调整给心脏提供帮助的时间和程度，并根据患者的具体需求量身定制。

克里斯:你能从中得到什么样的表现?我知道你只在临床前做过这意味着你在研究像猪这样的动物，对吗?但是它会产生什么样的性能呢?

在我们的临床前模型中，我们使用了一种药物来减缓心脏的速度，减少收缩力，减少来自心脏的主要血管的输出，也就是主动脉的流量，减少到健康功能的50%。这模拟了你在心力衰竭病人身上通常看到的功能下降，我们能够把它带回到非常接近健康基线的水平。

Chris -心脏是如何忍受这些装置与它接触的?它会反对从外部以这种方式被挤压吗?它会被擦伤和损坏吗?

是的，这是个很好的问题，我们在论文中也看到了。在设备和心脏的交界处，有摩擦和损伤的风险。所以我们考虑引入一种水凝胶，一种果冻状的层，它可以放在心脏设备的界面上，减少设备对心脏造成的创伤或摩擦，真正保护心脏。

Chris -难道就没有其他方法可以替代外部压缩气源吗?因为，当然，人们会发现其中一件令人反感的事情就是必须要用管子和引线来跟踪。

Ellen -目前，有些设备带有便携式加压液体罐，可以挂在腰带上或背包上。我们在这个概念验证研究中使用空气，但是我们可以把它换成氦，它的分子量更低，或者我们可以使用像水这样的液体。理想情况下，我们想要移植到植入式泵上，所以就像你提到的，身体外部的硬件越少越好。即使在电力方面，最终也会很好地转向可以通过皮肤或经皮肤充电的电池……这是未来的事情。