模擬右心室功能障礙助研究團隊開發人工心臟仿生機器右心室解密心臟療法

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2024-01-20

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工程師希望透過機器心臟，助醫師進一步了解心血管疾病。圖／美聯社、網路

生物機器心臟可模仿活體心臟的跳動。圖／美聯社、網路

使用呼吸器的加護病房患者，右心室常易出現功能障礙。圖／美聯社、網路

編譯／韋士塔

人類心臟的主要功能透過有規律的收縮，把血液送往全身組織，為器官、組織或細胞提供養分，是維持人體各項機能正常運作的重要器官；長久以來，科學家不斷尋求治療心血管疾病的最佳技術，然而，由於心臟的結構及運作機制極為複雜，醫生很難準確觀察、評估心臟病患者的心臟功能。

美國麻省理工學院（MIT）的工程師，近來設計出仿生機器右心室，能夠模擬活體心臟的跳動及輸送血液的動作；研究團隊表示，仿生機器右心室問世，有助開發更理想的心臟植入裝置，進一步探索心血管疾病及相關療法。

麻省理工學院醫學工程與科學研究所（IMES）博士後研究生曼妮莎．辛恩（Manisha Singh）指出，研究團隊開發的機器右心室（robotic right ventricle , RRV），把真實的心臟組織與合成的氣球狀人造肌肉結合在一起，讓研究人員能控制心室的收縮，並觀察其天然瓣膜與其他複雜結構的功能。

辛恩指出，RRV包含真實的心臟組織，因為以現有技術而言，心臟的結構仍過於複雜，難以複製。她說：「心臟包含一些薄而小的腱索、瓣膜小葉，具有不同的材料特性，它們都需與心室肌肉協調移動。目前，我們很難人工製造這些極為精緻的結構。」

MIT機械工程系研究副主任羅奇（Ellen Roche）副教授解釋，右心室是心臟的4個腔室之一，另外還有左心室、左心房及右心房。在4個腔室中，左心室有如「舉重選手」，因為其厚實的肌肉組織，能夠把血液輸送到身體各部位。相較之下，右心室就像個「芭蕾舞者」，處理較輕巧但同樣重要的任務。羅奇說：「右心室把血液送到肺部，因此需要的力道較弱。右心室的肌肉較薄，但結構合作更複雜。」

辛恩指出：「入住加護病房的患者，右心室非常容易出現功能障礙，尤其是使用呼吸器的的患者。RRV可用於研究呼吸裝置對右心室的影響，幫助擬定防止右心室衰竭的策略。傳統工具通常無法準確掌握右心室複雜的力學及動態，容易導致誤診與治療策略不當。」

辛恩表示，研究團隊可操作RRV，模擬右心室功能障礙的情況，包括肺動脈高壓、心肌梗塞等。研究人員也使用RRV來測試心臟相關設備，例如機械瓣膜，並觀察心室的反應。

羅奇指出，人工心室的泵血能力及其內部結構，可模擬活體健康動物的右心室動作。研究人員也能調整液體輸送的頻率及功率，模擬各種心臟狀況，例如心律不整、肌肉無力與高血壓，「這讓我們能夠觀察並研究如何使心臟恢復活力」。

辛恩表示，研究團隊正努力擴展該RRV的性能，並準備與植入式裝置的研發人員合作。羅奇希望RRV能與類似的機器左心室配對，製造功能完整的人工心臟；羅奇說：「實現這個目標或許還需要一段時間，這是我們的遠大願景。」

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