對于嚴重瓣膜性心臟病患者，更換人工心臟瓣膜是最有效的治療手段。目前臨床上常用的人工心臟瓣膜依據(jù)材料可分為機械瓣（以熱解碳制作）和生物瓣（以豬、牛等來源的生物組織制作）。但這些材料在一些方面存在限制，如生物瓣膜可能需要替換，而金屬瓣膜可能需要長期抗凝治療。
高分子材料的引入為心臟瓣膜領(lǐng)域帶來了新的選擇，可以克服一些傳統(tǒng)材料的局限性。隨著材料科學的突破，已有創(chuàng)新企業(yè)研發(fā)出融合了機械瓣及生物瓣雙重優(yōu)勢的高分子瓣膜。與傳統(tǒng)機械瓣膜和生物瓣膜相比，高分子瓣膜具有優(yōu)異的耐疲勞性，使用壽命長，血液相容性好，患者無需長期服用抗凝藥。
高分子心臟瓣膜也成為心臟瓣膜領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向，有望改善患者的治療和生活質(zhì)量。科學家和工程師也在不斷尋求新的高分子材料和制造技術(shù)，以進一步提高瓣膜的性能和安全性。
1、初識高分子心臟瓣膜
高分子心臟瓣膜是一種人工心臟瓣膜，由高分子材料制成，用于修復(fù)或替代患有心臟瓣膜疾病患者的瓣膜結(jié)構(gòu)，以維持正常的心臟功能。這些瓣膜具有不同的結(jié)構(gòu)和特性，旨在模仿天然心臟瓣膜的功能。
高分子心臟瓣膜可以根據(jù)不同的標準進行分類，包括以下幾種常見的分類方式：
（一）材料分類
聚合物瓣膜：這類瓣膜由高分子聚合物材料制成，如聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等，通常具有良好的生物相容性和機械特性。
生物活性聚合物瓣膜：這些瓣膜將高分子聚合物與生物活性物質(zhì)（如藥物或細胞）組合，以促進愈合或降低血栓形成的風險。
（二）位置分類
二尖瓣膜：這些瓣膜用于替代或修復(fù)心臟中的二尖瓣，它們通常具有兩個可關(guān)閉的瓣葉片。
主動脈瓣膜：這些瓣膜用于替代或修復(fù)主動脈與左心室之間的主動脈瓣。
（三）設(shè)計分類
機械式高分子瓣膜：這些瓣膜通常由堅固的高分子材料制成，如聚碳酸酯或聚乙烯，具有耐久性，但通常需要抗凝治療以防止血栓形成。
生物活性高分子瓣膜：這些瓣膜具有一層生物活性材料，通常是組織工程技術(shù)或藥物涂層，可以減少血栓形成的風險，減少抗凝治療的需求。
高分子心臟瓣膜的應(yīng)用范圍涵蓋了心臟瓣膜手術(shù)領(lǐng)域，主要包括以下方面：
1、二尖瓣替代手術(shù)：當患者患有二尖瓣疾病，如二尖瓣狹窄或二尖瓣反流時，高分子二尖瓣膜可以用來替代受損的二尖瓣，恢復(fù)心臟的正常功能。
2、主動脈瓣替代手術(shù)：高分子主動脈瓣膜用于替代主動脈瓣，以修復(fù)主動脈與左心室之間的血液流動問題，通常在主動脈瓣狹窄或主動脈瓣反流的情況下使用。
3、個性化治療：由于高分子心臟瓣膜可以根據(jù)患者的具體需要進行設(shè)計和制造，因此它們?yōu)閭€性化治療提供了可能性，以適應(yīng)不同患者的解剖結(jié)構(gòu)和生理要求。
2、高分子心臟瓣膜的發(fā)展歷程
早期嘗試（1950年代-1960年代）：高分子心臟瓣膜的發(fā)展始于20世紀中葉。早期嘗試是使用硬質(zhì)聚合物材料制造瓣膜，如聚乙烯和聚四氟乙烯。這些瓣膜雖然具有一定的耐久性，但由于缺乏生物相容性，在長期內(nèi)表現(xiàn)不佳。
第一代生物活性瓣膜（1960年代-1970年代）：隨著對生物相容性的關(guān)注增加，科學家們開始研究如何將天然或合成材料與生物材料結(jié)合，以減少瓣膜血栓形成的風險。第一代生物活性瓣膜使用動物組織（如豬瓣膜）或動物源的材料（如二尖瓣的牛心臟膜）制作，這些瓣膜具有較好的生物相容性。
生物活性聚合物瓣膜（1980年代-1990年代）：這個時期見證了高分子材料的進一步改進?？茖W家開始將高分子聚合物與生物活性物質(zhì)（如藥物或細胞）組合，以提高瓣膜的生物相容性和性能，減少血栓形成的風險。
機械式高分子瓣膜（1970年代至今）：機械式高分子瓣膜的設(shè)計和制造得到改進。這些瓣膜由堅固的高分子材料制成，如聚碳酸酯或聚乙烯，具有較長的耐用性，但需要患者終身服用抗凝藥物以防止血栓形成。
現(xiàn)代工程化和個性化制備（2000年代至今）：隨著材料科學和工程技術(shù)的進步，高分子心臟瓣膜的制備變得更加精確和工程化?，F(xiàn)代的高分子心臟瓣膜可以根據(jù)患者的具體需要進行設(shè)計和制造，以適應(yīng)不同的解剖結(jié)構(gòu)和生理要求，包括使用3D打印技術(shù)和計算機輔助設(shè)計來創(chuàng)建定制的瓣膜。
（來源：Int J Mol Sci. 2023 ）
上圖為近十年用于外科心臟瓣膜置換術(shù)的聚合物瓣膜和用于經(jīng)導(dǎo)管瓣膜置換術(shù)的聚合物瓣膜。在過去十年中，眾多研究報告了在開發(fā)理想聚合物心臟瓣膜方面的經(jīng)驗。然而，它們大都集中于描述聚合物心臟瓣膜的設(shè)計，對聚合物心臟瓣膜的要求和聚合物特性研究不足，限制了心臟瓣膜假體的發(fā)展。
此外，對生物材料進行臨床前評估的方法不多，對血液與生物材料相互作用的理解不足，也在很長一段時間內(nèi)阻礙了這一領(lǐng)域的進展?，F(xiàn)代聚合物制造和改性方法的成功，以及納米技術(shù)的發(fā)展，促進了具有獨特性能的生物材料出現(xiàn)，為高分子心臟瓣膜的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，有助于提供更有效和個性化的治療選擇。
3、高分子心臟瓣膜的市場規(guī)模
《中國心血管健康與疾病報告2022概要》顯示，中國約有2500萬例瓣膜性心臟病患者。在中國65歲以上人群中，心臟瓣膜疾病的發(fā)生也越來越普遍，預(yù)計隨著人口老齡化趨勢的增加，瓣膜疾病的發(fā)病率將逐年上升。
據(jù)國家經(jīng)導(dǎo)管瓣膜治療數(shù)據(jù)庫（NTVCR數(shù)據(jù)庫）統(tǒng)計，我國接受經(jīng)導(dǎo)管主動脈瓣置換術(shù)治療的患者集中在60歲以上，分布最多的年齡段為70-79歲。但從實際情況來看，我國心臟病瓣膜行業(yè)的治療需求還未得到滿足。
根據(jù)《2021年中國心外科手術(shù)和體外循環(huán)數(shù)據(jù)白皮書》報告，2021年我國開展的心臟瓣膜手術(shù)僅77,077例；根據(jù)NTVCR數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計，同年開展的TAVR數(shù)量為7319例（僅大陸地區(qū)）。
從臨床上看，我國經(jīng)導(dǎo)管二尖瓣介入治療市場預(yù)計將從2021年的人民幣3900萬元增加至2025年的人民幣17.35億元，2021年至2025年的復(fù)合年增長率為156.8%，2030年的經(jīng)導(dǎo)管二尖瓣介入治療市場預(yù)計將達到人民幣89.43億元。此外，預(yù)計2025年中國經(jīng)導(dǎo)管三尖瓣介入治療市場規(guī)模將達8.5億元，2023年至2025年的復(fù)合年增長率為215.2%，于2030年將達到人民幣203.1億元。
（2018-2030中國經(jīng)導(dǎo)管二尖瓣介入市場規(guī)模/百萬人民幣）（來源：弗若斯特沙利文）
（2018-2030中國經(jīng)導(dǎo)管三尖瓣介入市場規(guī)模/百萬人民幣）（來源：弗若斯特沙利文）
由此可見，國內(nèi)心臟瓣膜的市場空間較大，預(yù)計未來隨著經(jīng)濟和衛(wèi)生條件的改善，國民健康意識的提高，心臟瓣膜的滲透率也會提升，我國瓣膜行業(yè)有很大的發(fā)展前景。
由于動物心包組織的生產(chǎn)成本高，且需要手工縫合（愛德華、美敦力均為手工縫合）。隨著高分子材料的應(yīng)用，具備高分子瓣膜制備能力的TAVR公司可能會成為行業(yè)翹楚。目前研發(fā)高分子TAVR的國內(nèi)代表企業(yè)包括沛嘉醫(yī)療、心銳醫(yī)療、以心醫(yī)療，心嶺邁德，國外包括Flodax、Strait Access Technology。
心嶺邁德已完成首例國產(chǎn)高分子外科瓣膜動物實驗。心銳醫(yī)療同步研發(fā)了高分子外科主動脈瓣、二尖瓣以及介入主動脈瓣。以心醫(yī)療自主研發(fā)的高分子經(jīng)股主動脈瓣置換系統(tǒng)已于2022年7月完成首例臨床。
（來源：各公司官網(wǎng)）
4、高分子心臟瓣膜的主要玩家
（一）Flodax
Foldax是一家位于猶他州鹽湖城的創(chuàng)新型醫(yī)療器械公司，是聚合物瓣膜領(lǐng)域的先驅(qū)，其設(shè)計開發(fā)的Tria heart valves平臺是全球第一批聚合物心臟瓣膜平臺，該平臺技術(shù)可應(yīng)用于主動脈、二尖瓣和三尖瓣疾病的瓣膜置換。Foldax的宗旨是通過新材料，設(shè)計和制造技術(shù)，擴大患者使用范圍，提高產(chǎn)品性能并降低成本，從而改變結(jié)構(gòu)心臟市場。
2023年5月11日，F(xiàn)oldax宣布已與澳大利亞國家科學機構(gòu)CSIRO簽署協(xié)議，獲得聚合物技術(shù)專利系列的全部所有權(quán)。Foldax已將該聚合物技術(shù)整合到LifePolymer材料平臺中，并進行了測試，結(jié)果表明該材料與血液兼容，蛋白質(zhì)、細胞和鈣化的附著力較低。LifePolymer材料的這一特點使其與人體具有高度的生物相容性，而且更加耐用，這可能是某些醫(yī)療設(shè)備的理想選擇。
（Tria心臟瓣膜）（來源：公司官網(wǎng)）
Tria采用Foldax開發(fā)的革命性聚合物材料----LifePolymer，Lifepolymer不僅具有類似的生物瓣膜性能，而且部分性能優(yōu)于生物瓣膜，如優(yōu)異組織相容性、優(yōu)異機械性能、長期使用壽命。該瓣膜包括一個帶瓣膜的自擴張鎳鈦合金框架和一個10毫米的密封套。
Tria心臟瓣膜已經(jīng)進行了體內(nèi)研究，該裝置通過 CPB 植入主動脈位置，通過升主動脈輸送瓣膜，并對其進行定位以評估瓣膜在體內(nèi)的有效性。結(jié)果顯示其具有良好的可輸送性和血液動力學，30天后沒有表面纖維蛋白、血栓或纖維化，袖口愈合良好，90天后瓣葉干凈。
目前，Tria正在進行更大規(guī)模的臨床研究。此外，F(xiàn)oldax公司的二尖瓣手術(shù)瓣膜和經(jīng)導(dǎo)管主動脈瓣置換術(shù)（TAVR）也將陸續(xù)進入臨床階段。
（二）Strait Access Technologies（SAT）
Straight Access Technologies（SAT）是南非開普敦大學的衍生初創(chuàng)公司，專注于開發(fā)治療心臟瓣膜疾病的創(chuàng)新技術(shù)，針對年輕風濕性心臟病患者的復(fù)雜要求提供突破性解決方案。SAT的新型心臟瓣膜是一款球擴聚合物瓣膜，由荷蘭帝斯曼（DSM）研發(fā)的CarboSil熱塑性有機硅-聚碳酸酯-聚氨酯（TSPCU）的聚合物材料制成。
（SAT Polymer Valve心臟瓣膜）（來源：開普敦大學官網(wǎng)）
SAT Polymer Valve中空球囊中放置瓣膜假體，允許血液自由流動，無需快速起搏，可通過觸覺反饋確認手術(shù)過程中的定位是否理想，并且允許批量化、自動化生產(chǎn)。該產(chǎn)品已受到世界心臟聯(lián)合會的支持，將在監(jiān)管部門批準后啟動臨床試驗。
（三）Novostia
Novostia是一家私營醫(yī)療器械公司，于2017年在瑞士成立，專注于心血管設(shè)備開發(fā)。該公司致力于改善患有主動脈瓣和二尖瓣病患者的生活質(zhì)量，同時降低整體醫(yī)療成本。Novostia擁有多項技術(shù)專利，在流體力學、先進生物材料、高精度制造和醫(yī)療實驗室研究方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位。
（Triflo valve心臟瓣膜）（來源：Novostia）
Novostia推出一款無需終身抗凝的機械瓣Triflo valve，Triflo valve由高性能生物相容材料制成，具有出色的耐磨性和抗疲勞性，能夠承受高心動周期。該瓣膜能夠防止傳統(tǒng)機械閥導(dǎo)致血栓的血液流動誘導(dǎo)機制，同時延續(xù)機械瓣長期有效的使用壽命。
5、結(jié)語
國內(nèi)外對于聚合物瓣膜的研究大多處于臨床前研究階段，鮮有商品化轉(zhuǎn)變。作為瓣膜市場的前沿探索方向，高分子瓣膜不僅具備耐久性和生物兼容性，而且制造過程不需手工縫制，采用激光進行裁剪封邊，生產(chǎn)成本有望降低。隨著國內(nèi)心臟瓣膜置換及修復(fù)市場不斷擴容，高分子瓣膜有望成為下一個掘金高地。
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