神奇“芝麻”實現無創測顱壓

　　一粒神奇的“芝麻”，內藏乾坤。將它注射到體內，它就能把精確的生理參數“告訴”醫生。這粒神奇的“芝麻”就是華中科技大學（以下簡稱華科大）教授臧劍鋒團隊研制的面向顱內生理監測的可注射超凝膠超聲傳感器。

　　有了它，臨床上顱內測壓有望不用插線、不用開刀，也無須取出探頭，就能實現體內降解。近日，《自然》刊發了這項創新性醫工交叉研究成果。

　　《中國科學報》從研究團隊處獲悉，論文發表當天，他們就收到來自美國舊金山等多地投資人的郵件、信息，希望合作轉化這項創造性成果。不過，研究團隊希望這項技術能夠在國內轉化，惠及更多中國患者。

　　一粒神奇的“芝麻”

　　和溫度、血壓等指標一樣，顱內壓也是臨床上一項常用生理參數。比如，在腦組織損傷、積液、水腫、腦出血等情況下，醫生需要監測顱內壓數據變化，做出診療判斷。尤其在很多患者做完顱內腫瘤切除等手術后，醫生需對其進行大約兩周的觀察——通過對顱內壓的連續觀測，判斷患者的傷口愈合情況或其他問題。

　　目前，國內外臨床獲取顱內壓力、溫度等數據的主要途徑，是將有線且不可降解的電子探針經手術方式植入體內，“相當于天線的一端插入大腦，另一端連接在設備上進行監測”。這種方法不可避免地給患者帶來植入、取出顱內電子探針的多次手術傷害，并且存在感染等并發癥風險。操作上，這樣的設備可穿戴性比較差，患者舒適度不好，以致依從性差。

　　目前，美國等國家的科學家也在進行無線植入式電子監測設備的研發，但他們基本上都是利用NFC（近場通信）技術，在顱內植入一個線圈作為探頭。

　　這樣做會出現一些問題：作為探頭的線圈尺寸往往比較大，線圈上的芯片、金屬等元件不可降解，需要進行二次手術取出；在信號傳輸上，NFC技術對距離有嚴格要求，間隔遠了就會出現無信號等問題。因此，目前世界范圍內，臨床上還是采用經顱有線的手段進行顱內壓監測。

　　針對這一臨床監測難題，臧劍鋒團隊進行了技術上的創新。他們研發出一種體積只有一粒芝麻大小的可注射式生物傳感器。這種傳感器體積微小，可以被安全注射進人體內，通過外部超聲探頭就可以無線監測顱內壓力、溫度、pH值等生理參數變化。同時，這粒“芝麻”非常柔軟，可以自動降解，不需要二次手術，對腦組織沒有損傷。

　　臧劍鋒介紹，這種傳感器的核心在于其獨特的內部結構設計。研究人員在可降解水凝膠基質內部，人工構筑了呈周期性排列的空氣孔道結構。當外部環境發生變化時，凝膠內部會產生微小形變，從而引起反射聲波頻率發生可測量的偏移。通過精確檢測這種頻率變化，就能實時監測顱內壓力、溫度、pH值以及血流流速等多種生理參數。

　　“這種全新傳感器采用的是生物可降解聚合物材料，半個多月后就會在體內自行降解，無須手術取出。”論文共同通訊作者、華科大同濟醫學院附屬協和醫院教授姜曉兵表示。

　　收獲《自然》“三件套”

　　2014年，臧劍鋒從美國杜克大學博士后出站、回國，進入華科大任教，專注于醫工交叉的基于智能軟材料的創新醫療器械研究。其研究方向包括柔性電子、植入式器件與磁醫用機器人。近年來，他帶領團隊取得了一系列創新性科研成果。

　　此次制作顱內壓監測傳感器的超凝膠，就是被臧劍鋒視若珍寶的一種軟材料。臧劍鋒告訴《中國科學報》，水凝膠非常柔軟，與人體組織非常接近，具有可降解性，進入體內后不會讓患者產生不適感，并且能夠實時傳輸信號，是不可多得的寶貝。

　　他們的研究顛覆了傳統技術，具備很高的應用價值，因此備受關注。研究團隊于去年10月投稿，不久后就收到積極反饋。3位審稿人對這項成果大加贊賞，表示這個方法“非常有創新性、非常好，有很大的影響力”。經過兩輪修改后，論文于今年3月被接收，近日正式發表。

　　《自然》還為這項研究配發了一篇該雜志記者撰寫的新聞報道，以及一篇審稿專家撰寫的“新聞與觀點文章”。《自然》注重基礎研究，醫療器械成果登上該刊并不多見，以“三件套”組合形式介紹一項來自中國的醫療器械研究成果則更少見。

　　希望盡早在國內轉化

　　“我們當然希望盡早實現技術轉化，應用到臨床上。”臧劍鋒接受采訪時表示，該技術已經在大鼠和生豬顱內進行實驗，效果良好。尤其是在大型動物實驗中，這種微型可注射傳感器展現出媲美商業化有線監測設備的卓越性能。

　　“更加令人振奮的是，它甚至能夠監測豬微小的生理波動，如呼吸運動引起的細微顱壓變化，而同期植入的有線壓力傳感器則無法分辨出這種精細變化。”臧劍鋒介紹，與有線監測手段相比，這種無線監測手段在能耗、無熱效應等方面顯現出極大優勢，有望為臨床智能診療帶來全新的技術范式。

　　事實上，在研究過程中，研究團隊就把目光聚焦于臨床應用。研究人員與華科大同濟醫學院附屬協和醫院神經外科醫療團隊進行了多輪深入交流，聽取他們的意見。姜曉兵還與相關課題組人員合作，深度參與了這項研究。

　　“盡管技術已經成熟，但離應用還有一段距離。”臧劍鋒介紹，目前該技術還沒有進行人體試驗——這需要經過嚴格的技術和倫理審批。此外，一項創新技術要實現產業化，需要一個從實驗室到應用環境的技術轉化過程，這期間需要較大的設備研發投入。

　　對于一些海外投資人伸出的“橄欖枝”，臧劍鋒持審慎態度。他說：“這項技術應用前景廣闊、市場巨大。我們希望盡早在國內實現轉化。”

　　當被問及醫療設備類研究有沒有可能被國際同行模仿時，臧劍鋒坦言：“絕大多數應用型技術都可能被模仿，只不過需要一些時間。”

　　“既然如此，你還在頂刊發論文，不擔心論文發表后被模仿嗎？”

　　面對記者的追問，臧劍鋒直言不諱：“如果不是發了《自然》，這項研究誰會注意呢？有了很高的關注度，有了轉化的機會，先進技術才可能應用于現實。當然，我們也會加強專利保護。”

　　相關論文信息：

　　https://doi.org/10.1038/s41586-024-07334-y