光控心臟起搏器

研究歷史

普通的心臟起搏器是通過微弱的脈衝電流刺激心肌細胞，進而調整心跳的節律。早在1967年，電信號起搏器面市不久，科學家就發現光能夠提高心臟的跳動頻率，但由於條件所限，人們還不懂得如何控制它。

直到2008年，日本的一個研究團隊才使用一種近紅外雷射束，成功地控制了一團離體心肌細胞的搏動。但到目前為止，還沒有人能夠控制整個心臟。

Michael Jenkins是美國俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學的一名生物醫學工程師，他閱讀了1967年的發現之後，決計將這項實驗繼續下去。他和他的同事使用雷射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，比一團心肌細胞大不了多少，是非常合適的實驗材料。

奇蹟出現了。Jenkins發現，胚胎的心跳跟雷射的脈衝頻率同步了起來。研究者嘗試調整脈衝頻率，先從每秒2~3次開始，然後逐漸減慢，但結果依然如故，脈衝頻率變化的幅度甚至可達50%。Jenkins的研究團隊將這一結果發表在8月15日出版的《自然—光子學》雜誌上。

隨後，研究小組測試了不同能量的雷射，來尋找最安全和最有效的那一束。結果表明，0.8焦耳/平方厘米的雷射不會對心臟造成傷害；當能量提高到五倍時，受試的心肌細胞就被烤焦了。

雖然需要經過長期的觀察實驗，才能確定這些心肌細胞究竟是不是真的毫髮無傷，但這次的結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生變化的。”Jenkins說，“我們更想使用一種無創的手段來治療心臟疾病。”

日本大阪大學的生物物理學家Nicholas Smith是使用雷射控制心肌細胞的第一人，他表示Jenkins的研究是一項重大突破。“我非常高興看到這一進展，這是世界上首次用雷射調控了整顆心臟。如果這項研究能夠深入下去，人們將會發現，雷射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家來解答。首當其衝的就是雷射究竟是如何刺激心臟工作的，儘管許多科學家猜測是因為雷射影響了細胞的溫度，但這一機制還沒有得到證實；第二，目前Jenkins還無法確定他的研究結果能不能套用於體積更大的成熟心臟。

Smith表示，如果上述問題能夠得到解決，並且能確保心臟不會受到損傷的話，雷射就很有可能套用於臨床治療，比如心臟手術或者起搏器的移植。