可植入设备如何改善人类健康？

科学发展至今，科学家和生物学家们开发出了多种可植入人体的植入物，比如可植入芯片、可植入支架等，植入人体的设备的用途非常明确，那就是服务于生物医疗领域。当我们有能力控制植入设备或与之进行通讯后，便可让一系列的服务成为可能，比如对肿瘤生长进行实时追踪或药物投递的定位和控制。

近年来科学家们在可植入设备研究方面取得了巨大进展，2015年6月份，哈佛大学的研究小组就发布了一种可注入的网状物，其可在老鼠的大脑内检测电信号，从而帮助科学家了解大脑细胞的通讯方式，而这种网状物是通过直径仅0.1毫米的针头所植入大脑的。此前刊登在国际杂志Nature Communications上的一项研究报告中，来自美国的科学家就制造了一种微小的支架植入物，这种特殊的植入物在小鼠体内可帮助捕获体内扩散的癌细胞。

本文中，生物竞赛小编就盘点了多篇研究，让我们一起看看可植入设备如何改善人类的健康？

【1】Science子刊：可植入超声装置帮助化疗药物通过血脑屏障到达肿瘤

DOI：10.1126/scitranslmed.aaf6086

最近来自法国的科学家们开发了一种超声装置并且对15名出现复发的成胶质细胞瘤病人进行了实验装置检测，科学家开发这种装置的目的在于突破血脑屏障帮助化疗药物到达脑部。相关研究结果发表在国际学术期刊Science Translational Medicine上。

研究人员解释了这种超声装置的工作原理：将装置植入病人头骨，位于肿瘤区域上面，装置开启之后超声波会引起微泡振动短暂打开血脑屏障，这样就能够帮助化疗药物到达肿瘤部位。每次化疗之前都需要开启超声装置，低强度超声两分钟时间就足以打开血脑屏障持续大约六个小时，这样可以将药物浓度增加五到七倍。

在这项研究中，研究人员使用了化疗药物carboplatin进行检测，每个月对病人进行一次实验性治疗，最多进行六个月，治疗期间进行肿瘤进展情况的检测。

【2】还在扎针测血糖？Senseonics要把血糖仪植入体内了

德勤在2014年发布的《2020健康与生命科学趋势报告》指出，糖尿病到2020年或许将成为中国最为常见的慢性病。全球糖尿病患者将达到3.82亿。这说明血糖监测一直是一个全球性的刚需。

日前，医疗器械公司Senseonics在血糖监测上取得了重大进展：其开发的皮下植入式血糖监测系统Eversense Continuous Glucose Monitoring (CGM) 通过了欧盟管理部门的CE认证，这意味着这一系统日后可以在欧洲广泛普及。

CEO Dr. Tim Goodnow表示：“获得CE认证对于Senseonics而言是一项重大肯定，这代表，我们的产品将可以在欧盟国家间进行销售和推广，我们也计划利用这一系统造福糖尿病患者。”

Eversense系统的主要原理是，将传感器植入患者上臂皮下，有效期达90天。

【3】Science子刊：科学家推出可植入皮肤的超柔光电管

DOI：10.1126/sciadv.1501856

随着可穿戴设备的持续发展，越来越多的电子元件不断刷新着人们的眼球。甚至出现了一些超薄的电子光电管可以植入皮肤，不会引起人体的不适，可以用来监测人体状态和身体健康信息，也可以用来展示身体的信号。近期的《Science Advances》就介绍了一种新的电子技术，基于超薄的电子光电管，代表着新一代的可穿戴设备的发展趋势。科学家开发出了一种超薄、柔性的三色光电子管（PLED）和有机感光检测器（OPDs），可以用来实现在人体皮肤展示光电信息，甚至可以检测人体的状态。

现代电子设备面临的长期性的问题包括电子装置的磨损、机械性弯折等，这会导致电子设备的使用寿命和可用性大大降低。开发出新型的耐磨、柔性材料，可以有效提高电子设备的可拓展性和寿命。柔性的电子材料将会是可穿戴设备的新宠。如果有效优化制造工艺，可以最大限度地提高产量和降低成本，对于未来新型的穿戴设备是非常重要的。

【4】科学家将电极植入癫痫患者大脑提升记忆能力

国外媒体报道，未来我们能够在其他人大脑中植入记忆吗？在科幻电影《星际迷航》中出现过类似的装置——“心灵融合仪”，目前，美国神经系统科学家能够在大脑中植入电极，测试如何恢复大脑记忆内容，不久或将科幻情节转变为现实！

这项大脑植入技术可在其他人大脑中复制记忆，来自美国南加州大学和宾夕法尼亚大学的研究小组开始对癫痫患者测试这项技术，该研究聚焦于海马体，一个与记忆形成相关的海马状大脑部分。

海马体能够收集感觉信息，之后转变成为短期记忆，大概在15-30秒之间，海马体也可以形成更持续的记忆，但前提是海马体存储记忆内容被访问。通常记忆缺陷患者主要是海马体受损，美国大脑植入专家特德-伯吉尔(Ted Berger)带领一支研究小组对海马体两个特殊区域颇感兴趣，它们分别叫做CA3和CA1。

研究小组认为电信号从CA3传输至CA1对于记忆的形成尤为重要，因此它们试着再创造一个类似的信号，目的是恢复海马体的功能。为了做到这一点，研究人员监控12位癫痫患者大脑，并进行记忆训练，其中包括：记忆图像观察CA3和CA1如何发生交互反应。最终他们研制了一个数学模型，能够预测激活CA1的CA3信号模型，预测的正确率达到80%。

【5】Nat Commun：微型植入物成功捕获癌细胞

doi：10.1038/ncomms9094

近日，来自美国的科学家在Nature Communications刊登文章表示，他们开发了一种微笑的植入物，其在小鼠机体中可以扩散到全身来帮助捕捉癌细胞。细胞会随着原始的肿瘤位点而移动进而侵袭其它器官，癌细胞的这一过程被称之为癌症转移，癌症转移往往是在患者晚期阶段被发现，从而导致患者死亡。

而在血液中对循环肿瘤细胞(CTCs)的早期检测或可帮助加速癌症的诊断及疗法的开发；但游动的癌细胞会以很小的数量在机体中“旅游”，而且持续时间较长在其找到新的侵袭位点之前其非常难以发现。这项研究中研究者表示，捕捉CTCs或可帮助抑制癌症转移并且可以有效帮助抑制癌症发展。

美国西北大学的研究者Lonnie Shea教授表示，相比未进行植入物移植的动物而言，接受新型植入物的动物机体肺部的疾病负担明显降低了；实验中研究者开发了一种大约0.5厘米宽的生物可降解的圆盘，并且对每两个小鼠进行植入。这种植入物会利用免疫细胞作为诱饵，同期其还包含有一种扫描仪可以检测到捕获的癌细胞的存在。

【6】Stroke：可植入共振器监测肿瘤深处氧气含量

doi：10.1161/STROKEAHA.114.007324

近日，一篇发表在国际杂志Stroke上的研究论文中，来自Norris Cotton综合癌症研究中心的研究人员通过研究开发了一种名为电子顺磁共振（EPR）血氧测定的新技术，该技术可帮助临床医生直接测定癌症及中风患者在高氧水平下的氧气含量，为规范疾病疗法有效改善患者的预后提供了一定的帮助。

氧气对维持生命必不可少，细胞和组织中特定水平的氧气对于维持机体正常的功能非常重要，同时氧气在许多疾病的发生及疗法过程中也扮演着至关重要的角色，而且治疗恶性肿瘤的很多疗法都依赖于氧气的水平，比如癌症中较低的氧气水平被认为可以产生恶性肿瘤，而且在不同肿瘤组织中的情况并不相同；因此直接测定氧气的水平对于揭示疾病进程，开发有效策略来改善氧气含量，从而促进疗法的有效性非常关键。

然而进行组织深处氧气的测定对于科学家而言长期以来一直是一大挑战，为了解决这个问题，本文中研究者就开发了一种由较薄无磁性的铜线组成的可植入共振器来对任何组织深处区域的氧气含量进行测定；在进行的一系列实验中研究人员利用一次性的氧气探针植入到兔子的大脑中就可以成功实现对兔子大脑中氧气浓度的数周监测。

【7】植入式减肥设备让减重更有效

一种为抵抗肥胖而设计的植入式设备近日被美国食品与药物管理局（FDA）批准使用。这种叫作Maestro的设备发挥作用的方式有些类似心脏起搏器，可以向胃部神经末梢发送周期性电子脉冲，从而避免饥饿的痛苦。

参与实验的人比传统接受安慰剂植入的人多减了8.5%的体重。哥伦比亚广播公司报道称，尽管这个数字与减重10%的目标仍然有差距，但FDA顾问小组的总结是，其带来的好处已经超过了风险。

【8】新式植入镜片能够替代眼镜，让人恢复完美视力

据国外媒体报道，一项新式眼睛植入物能够替代近视镜或老花镜。治疗远视的外科植入镜片只需要几分钟的时间即可完成，但是在几天后能给患者近乎完美的视觉。

被称为Symfony的植入镜片能够很好的恢复视力，从近距几英寸到远处的地平线都能够清晰对焦。

外科医生称赞这项突破技术说，目前为止还没有哪个可植入镜片能够如此接近自然视力。

镜片是由塑料制成，理论上讲能够让人使用一辈子。目前外壳医生使用单焦镜片治疗白内障，但是治疗后患者还需要佩戴眼镜。也有多焦镜片植入用于矫正视力，让患者可以看近物和远处的物体，但是经常让使用者产生顿挫感，不能平滑对焦。

【9】Nat Photon：一种新研发植入体或可用于监测治疗

doi：10.1038/nphoton.2013.278

据《自然—光子学》Nature Photonics上的一项研究称，科学家研制出一种透明聚合物植入体，能够为小鼠提供特定的局部体内治疗。该植入体只有火柴棒大小，其所含有的合成细胞经过基因修改可通过光激活。

通过首次演示这种光控植入体的医学应用，Seok Yun等人调节了糖尿病小鼠体内的血糖浓度。他们将蓝光通过光纤照射植入体，从而引发植入体细胞合成一种能够刺激胰岛素生产的蛋白。

在另一项演示中，研究小组研制出另一种植入体，该植入体的细胞在觉察到特定毒素比如重金属的存在时会发出绿光。通过测量植入体发出的光强度，这种植入体未来或可作为用于实时监测病人体内毒素浓度的传感器，因为该植入体同时具有高透明度和生物相容性的优点。

【10】PNAS：一种由多巴胺触发的用于控制血压的植入物

doi：10.1073/pnas.1312414110

科研人员制造出了一个基于人类细胞的植入物，当它被注入高血压小鼠体内的时候，它接触在性唤起期释放的多巴胺的情况下产生了一种降低血压的化合物，因此也就把这种动物的血压降低到了正常范围。这种神经递质多巴胺在大脑中自然释放，对诸如食物、毒品和性等愉悦的刺激做出应答，并且通过外周神经泄露到血液中。

Martin Fussenegger及其同事对一个人类细胞系进行了重新编程，从而在接触多巴胺的时候制造出一种容易识别的蛋白质，称为SEAP。在描述了这些细胞在体外对多巴胺做出反应的特征之后，这组作者把这些细胞放入了半渗透微胶囊中，然后把它们植入了小鼠体内。在接触引发释放多巴胺的刺激——包括食物、甲基苯丙胺或者性唤起——的时候，有这种植入物的小鼠表现出了血流中的SEAP浓度提高。这组作者对这些细胞进行了重新改造，从而对于多巴胺做出应答，产生心房利钠肽（ANP），这是一种降低血压的化合物。

然后把这种植入物注射到了高血压的雄性小鼠体内。当让它与一只雌性小鼠一起生活的时候，有这种植入物的这种动物表现出了血流中的心房利钠肽（ANP）浓度增加和血压下降。这组作者说，这些发现可能有助于开发由自动的、潜意识生理活动控制的治疗装置。

【11】德国科学家研发植入微芯片技术让盲人重见光明

德国图宾根大学的科学家开发出了一种微芯片，能使罹患视网膜色素变性(RP)退行性疾病的盲人重见光明，且无需辅助的外部可见设备。相关研究报告发表在近期出版的《英国皇家学会学报B辑》上。

当该芯片被放置在眼球后方时，能使天生具有RP的患者恢复视觉功能。RP是指影响视网膜、引起视网膜功能退化的一种疾病，尤其会对黄斑层中的感光器造成影响。RP患者的感光细胞将逐渐变性，并丧失功能，直至最终导致失明。虽然这种疾病无法治愈，但视网膜神经却可在一个亮点保留相应的功能。如果能对这些神经进行刺激，某种形式的视力或将得到恢复。

这种外部供电的光敏微芯片将通过手术植入患者的视网膜表面下方，同时进入黄斑区。黄斑位于视网膜中央，是视力最敏感区域，负责视觉和色觉的视锥细胞就分布在该区，因此任何累及黄斑的病变都会引起中心视力的明显下降、视物色暗和变形等。而芯片植入这一位置能够对光学组织进行电刺激，令1500万患者告别失明，部分恢复自己的视力，且无需眼镜或屏幕等外部可见设备的辅助。

【12】JAMA：心脏再同步装置植入心衰病人的特征

doi：10.1001/jama.2013.8641

据8月14日发表在《美国医学会杂志》上的一则研究披露，在一个罹患心衰并接受心脏再同步治疗除颤器的人数众多的医疗保险投保人中，那些具有左束支传导阻滞及较长QRS间期特征的病人有着最低的死亡风险及最低的全因、心血管性及心衰所致的再次入院风险。

根据文章的背景资料：“临床试验显示，心脏再同步治疗（CRT）可在被挑选的罹患心脏衰竭及左心室收缩功能障碍的患者中改善其症状并降低死亡率与再次入院率。在广泛实施CRT之后，人们认识到，有三分之一至一半的接受该心衰治疗的患者的情况没有得到改善。确认可能会受益于CRT的患者尤为重要，因为植入CRT除颤器（CRT-D）是昂贵而且是具有创伤性的，并与重要的手术风险有关。对于做CRT的最佳病人选择，其涉及到的一个主要的问题是有着较长QRS间期或左束支阻滞（LBBB）形态学的患者是否会比其他人获得更大的裨益。”QRS间期是在心电图上对心电传导时间的测量。左束支传导阻滞是心脏传导的一种异常现象。

文章来源于网络；如有侵权请联系管理员删除

作为准备生物竞赛的你们，更多生物竞赛科普小文点击下方：