近日，上海科技大学生物医学工程学院程冰冰课题组在工程领域国际期刊《通讯-工程》（Communications Engineering）上发表题为“Image-guided cardiac focused ultrasound neuromodulation regulates heart rate”的研究论文，创新性地开发了一种影像引导的心脏聚焦超声（cardiac focused ultrasound, cFUS）神经调控技术，利用毫米级聚焦超声对心脏外周自主神经进行无创、精准调控，实现了在维持正常窦性节律的前提下调节心率，为心动过缓等心血管疾病提供了一种无需植入电极或起搏器且无需注射外源性物质的非侵入式精准神经调控新策略。
图1. 影像引导的聚焦超声心脏神经调控无创精准调节心率示意图
维持稳定的心率对于保障全身的血液灌注至关重要。严重创伤、脊髓损伤以及自主神经功能异常等情况可能导致交感神经张力下降，引发症状性心动过缓，严重时可造成脑灌注不足、晕厥甚至心脏骤停。目前，临床主要依赖阿托品等药物或经皮/植入式心脏起搏进行干预，但药物治疗存在作用持续时间有限及个体响应差异等局限，而电刺激则存在侵入性、空间选择性有限和难以长期精准调控等问题。如何在不植入器械的情况下，对心脏自主神经进行精准、快速且可反馈调节的干预，是心血管领域的重要挑战。
研究系统评估了超声参数对心率调控效果的影响，结果显示，心率升高幅度随超声声学剂量增加而增强，并可在持续刺激过程中保持稳定。进一步在普萘洛尔诱导的心动过缓小鼠中验证发现，cFUS不仅能够有效恢复心率，还可显著改善由心动过缓引起的脑灌注不足。为阐明其作用机制，研究团队结合交感神经阻断、药理抑制、心率变异性分析以及心脏神经免疫荧光染色等多种手段，证实cFUS的正时变效应与心脏交感神经激活密切相关。同时，声学与热学分析表明，该效应主要由超声机械作用与轻度局部升温共同驱动，而未观察到明显空化。此外，研究还开发了实时心电反馈的闭环心率调控系统，能够将心率稳定维持在多个预设目标区间，且降低所需超声能量，为后续面向临床的经胸心脏超声神经调控奠定了基础。
上海科技大学生物医学工程学院博士研究生朴相坤为论文第一作者，程冰冰教授、胡鹏教授和程冰冰课题组助理研究员潘佳吉博士为论文共同通讯作者，上海科技大学为唯一完成单位。研究得到了生医工学院罗宗化教授、生命学院胡霁教授的大力支持。上海科技大学分子影像平台、实验动物平台和高性能计算平台对该工作提供了技术帮助。
沪公网安备 31011502006855号