这款基于硅胶的软体机器人心脏利用人工肌肉模拟心力衰竭的不同阶段。| 供图：Thanh Nho Do
科学家们发明了一种软体机器人心脏，这可能为他们研究一种神秘病症提供新途径，该病症约占所有心力衰竭病例的一半。
这种心力衰竭形式被称为射血分数保留型心力衰竭（HFpEF），其特点是心脏能够泵出正常量的血液，但在心跳间隙变得过于僵硬，无法正常放松和充盈。超过300万美国人患有此病，但研究人员仍不完全了解其发病原因，这使得设计直接针对该疾病的治疗方法变得困难。
这款新设备于6月1日发表在《自然·通讯》杂志上，是首个能够主动调节对压力变化响应的软体机器人心脏模型。它能够收紧或放松其人工肌肉，使研究人员能够控制心脏的僵硬程度。这使其能够更好地模拟患病的人类心脏。
目前HFpEF的实验室模型存在缺陷。传统的"模拟循环回路"使用刚性泵和管路来模拟血液流动，但外形上并不像跳动的心脏。实验室动物能更真实地反映生物学特性，但成本高昂且不能完美模拟人类疾病，研究合著者、澳大利亚新南威尔士大学生物医学工程师兼副教授Thanh Nho Do表示。
"HFpEF一直以来都难以研究和治疗，"Nho Do在给《Live Science》的电子邮件中表示。
早期版本的机器人心脏能够真实地模拟心脏运动，但它们遵循的是不会适应变化条件的预设指令。新系统试图通过让人工肌肉纤维"感受"它们泵送的液体产生的压力并动态地收缩或放松来解决这一限制。
这种反馈对于模拟HFpEF至关重要，因为该疾病的核心是异常僵硬——而非泵血能力减弱。
研究人员构建了人类心脏左侧的硅胶复制品，并用由弹簧线圈加固的橡胶管制成的人工肌肉纤维包裹它。该模型持续感知流经它的液体产生的压力，并相应调整其人工肌肉的力度。通过改变心脏充盈时肌肉抵抗拉伸的程度，研究人员可以调节不同的僵硬程度。
研究人员没有仅仅模拟HFpEF的单一状态，而是重现了疾病发展的几个阶段。在早期阶段，患者的心脏开始表现出心跳间歇放松功能受损，而在更高级阶段，心脏变得如此僵硬，以至于在下一次收缩前无法充分充盈血液。
"如果我们能够模拟其发展路径，我们或许可以使用像我们这样的模型来开发能够中断这一发展轨迹的医疗设备，而不仅仅是治疗晚期疾病，"Nho Do表示。
目前对HFpEF的治疗主要集中在管理症状和相关疾病上，如高血压、肥胖和糖尿病。近年来，被称为SGLT2抑制剂的药物已被证明可以通过减少体内多余液体来降低许多患者的住院风险。但目前仍很少有直接针对心肌僵硬的治疗方法。
研究人员希望他们的新模型可能开辟一条新道路，但他们强调这项工作还处于概念验证的早期阶段。展望未来，他们希望开发出越来越复杂的机器人心脏模型，以补充其他关于HFpEF的数据，包括来自计算机模拟、动物研究和临床测试的数据。
"我们希望最大的影响将是在理解HFpEF机制和改进我们开发心血管设备的方式上，"Nho Do表示。
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