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同心医疗:替代心脏移植,人工心脏还要走多远?

刘东 2016-08-02 08:00

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不久前,相信大家都关注过一条关于人工心脏的新闻:“美敦力以11亿美元收购HeartWare,以巩固和弥补自己在该领域的缺失。”HeartWare是世界上第二大人工心脏企业,在此之前,世界第一大人工心脏企业Thoratec已于2015年7月被圣犹达医疗公司以34亿美元收购。这一系列并购,使得人工心脏成为医疗投资的热点。在国内,也有一家人工心脏研发企业——苏州同心医疗器械有限公司。同心医疗研发的人工心脏甚至比国外产品更优异,他们一直在探索用人工心脏替代心脏移植的可能性。就此话题,同心医疗董事长陈琛进行了深度分享,动脉网(微信:vcbeat)也充满兴趣。


每年全球都面临几百万个移植器官的短缺,大多数患者都处于焦急等待中,甚至在等待中死亡。心力衰竭是众多可怕病种中的一类,50%心衰病人会在5年内去世,心衰四级和三级的患者存活期更短。目前,医疗界没有一种治疗方式让这种病发生逆转,内科治疗也只起到缓解作用,心脏移植则是唯一有效的办法。数据显示,通过心脏移植之后有50%的患者可以存活九年。可是,以美国为例,每年有近10万人需要接受心脏移植,供体心脏却不足3000个。这么大的缺口如何弥补?人工心脏就成为可行的替代方案。


正确认识人工心脏


有些人误以为心脏起搏器就是人工心脏。其实,心脏起搏器是通过脉冲发生器发放由电池提供能量的电脉冲,通过导线电极的传导,刺激电极所接触的心肌,使心脏兴奋和收缩,从而治疗由于某些心律失常所致的心脏功能障碍。人工心脏则是解决的机械功能,类似机械泵的作用。把泵设计得很小,小到可以植入心脏位置,就形成了人工心脏。


人工心脏分为两类:一类是把真正的心脏挖掉,用人工的机械心脏替代,属于完全人工心脏(TAH);另一类为辅助人工心脏,即是将原有心脏保留,在旁边放置第二颗“心脏”,与原有心脏协同工作。辅助人工心脏有左心室辅助、右心室辅助和双心室辅助,是一种设计巧妙且具备商业前景的产品,HeartWare和同心医疗的人工心脏都是指的这类心室辅助装置(VAD)。


在心室辅助装置(VAD)的工作原理中,患者的心脏依旧处于跳动状态,只是无法提供人体所需的全部血流量。血液将在心室辅助装置的泵里流动,伴随心脏一道工作,补充原有心脏无法提供的那部分心输出量。(注:以下本文提及的人工心脏均为心室辅助装置(VAD))


脉动流人工心脏实践失败


鉴于心脏的脉动状态,第一代人工心脏即是脉动流人工心脏,通过一个模拟心脏运动状态的装置,植入人体腹腔内工作。同时配有一个与心脏心室差不多尺寸的囊,在囊的上下通过机械装置进行挤压、舒张,使其模仿心脏,进行收缩和舒张的运动。


脉动流人工心脏在20多年前取得过不俗的表现。根据当时的临床数据显示,如果给予患者采用最佳的内科治疗手段,这些患者约在两年后全部死亡。换上脉动流人工心脏之后,第一年患者存活率达到52%,相比内科治疗的25%提升了一倍;两年存活率也有23%,内科治疗仅为8%。因此,临床结果让大家信心大增,甚至已经让大家看到了人工心脏的商业前景。由Thoratec公司生产的HeartMate I也在2003年获得美国FDA批准用于永久替代治疗。


但好景不长,随着实践时间的加长发现,如果采用心脏移植的方式,在持续30个月的时候依旧有超过70%的患者存活率,而无论是内科治疗还是通过脉动流人工心脏的方式,超过两年之后的存活率都非常低。这个时候,脉动流人工心脏相比内科治疗的优势就不复存在,加上其体积偏大、耐久度不够以及血液相容性等弊端,虽然有FDA的批准,但内科医生还是不愿意将患者转交给外科医生实施人工心脏的治疗方式。


连续流人工心脏横空出世


虽然脉动流人工心脏没有获得成功,但这并没有妨碍人工心脏技术的前行。受到航空工业中流体力学原理的启发,基于“泵”的连续流人工心脏横空出世。连续流人工心脏不再像脉动流人工心脏那样模拟心脏动作,而是通过类似工业泵的原理产生心脏功能,完成血液从低压到高压的机械循环辅助。


根据连续流人工心脏的发展顺序、辅助血流动力学的原理和装置本身的特点,到目前为止一共出现了三种类型:机械轴承、液力悬浮、完全磁悬浮。


机械轴承式的人工心脏为轴流泵,在高速旋转时,把血液从一端输送到另一端。如果此时有位中医把脉会很惊讶,因为患者已经没有脉搏了,但是他能够活着。轴流泵在临床的大规模应用大大推进了人工心脏的快速发展,2010年FDA批准了Thoratec的HeartMateⅡ用于临床最终治疗,代表了它从过渡治疗向最终治疗的迈进。


虽然相比第一代脉动流人工心脏,机械轴承式人工心脏有了质的飞跃,但是它的轴承浸没在血液中,机械部分容易磨损,且血液破坏大。血细胞长期被轴承碾压导致患者血栓发生率相当高,还会损伤凝血机制,不适合长期运转。


鉴于机械轴承式的副作用,大家又把目光投向基于悬浮机理的悬浮血泵,于是有了液力悬浮式人工心脏的诞生。HeartWare的HVAD就是其中的典型产品。HVAD的血泵尺寸比机械轴承的产品更小。它紧紧贴在心脏旁,把血液由心脏抽出来,利用液力悬浮的方式使转子悬浮,当转速足够高以后,转子脱离泵壳形成悬浮。。HVAD没有轴承,旋转无磨损,可靠性高,同时动物试验发现,泵内非常干净,似乎很好解决了血栓问题。但事实上,在旋转时,HVAD极薄的悬浮液膜内产生高剪应力,导致血液损伤,会在血管内形成微小血栓。导致在最终治疗的的临床试验中,两年内有28.7%的患者出现了一次或多次脑中风。


直到现在,有关血液相容性、植入侵犯性、经皮电缆造成的感染以及可靠性等问题依旧存在,完全磁悬浮式的人工心脏成为了新的解决方案,对研发来说也极具挑战。到目前为止,全球只有三款成品进入了临床试验。第一款产品Terumo DuraHeart在欧洲完成68例临床试验,宣告失败;第二款产品WorldHeart Levacor在美国进行了6例临床试验,也没有成功。只有第三款产品Thoratec HeartMate 3算是成功了,已经在欧美地区进行了100多例临床试验。


经过临床试验证明,完全磁悬浮使得大幅提升血液相容性成为可能。那为什么还会失败?最大的问题在于产品尺寸过大,患者使用的时候只能放在腹腔内。这对于外科手术而言难度很大,患者发生感染和手术死亡的概率较高,导致接受度低。HeartMate 3之所以成功则是在于它首次把磁悬浮设计得很小,可以植入人体胸腔内,这是巨大的进步。


试想一下,它在美国临床试验从2014年开始,到目前已经完成100多例,这是过去没法想象的。2015年7月,Thoratec被美国圣犹达医疗公司以约34亿美元收购,一定程度上就是看中HeartMate 3的产品技术和市场能力。


同心CH-VAD或能成为世界上最先进的人工心脏


相比美国的Thoratec和HeartWare,国内的同心医疗器械有限公司知名度并不高。虽说如此,但同心医疗做的事情却并不低调,他们是国内首家研发国际领先的人工心脏及其相关技术的高科技公司,董事长陈琛是中组部第六批“千人计划”入选者,是美国World Heart公司人工心脏Levacor的主要发明者,拥有20多年人工心脏的研发经验。


自2008年成立以来,同心医疗一直致力于研发人工心脏产品CH-VAD。在研发产品时,血液相容性是目前所有人工心脏产品最重要的指标,陈琛的经验告诉他,CH-VAD一定不能有轴承,轴承会破坏血液,也不能用一个很薄的液力悬浮的液膜,同样会破坏血液。不仅如此,CH-VAD的血泵尺寸要小、不引起感染、可靠度高,并且希望成本别太高,包括产品成本以及副作用造成的医疗成本。


面对如此多的技术难点,CH-VAD在2011年实现了关键结构设计,到2013年成功缩小了产品尺寸,2014年完成了电子系统集成化,并已经进行了动物试验。从目前透露的指标来看,CH-VAD甚至有可能超越HeartMate 3,成为世界上最先进的人工心脏。


这个观点主要从三方面进行推断:


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1、CH-VAD与HeartMate 3均为完全磁悬浮式人工心脏。CH-VAD拥有完备的自主知识产权,同时,CH-VAD的尺寸比HeartMate 3更小,植入侵犯性更低;


2、人工心脏患者被感染主要取决于人工心脏经皮电缆的粗细和柔顺性,而电缆中导线以及接头的损伤也是人工心脏系统最重要的可靠性问题。CH-VAD的电缆中导线数量为4根,电缆直径为3.4mm,并在美国获得专利,成为全球经皮电缆中导线最少、最细的人工心脏;


3、相比HeartMate 3,CH-VAD的剪应力更小、剪切作用时间更少。通过近30多动物的试验来看,没有发现血栓,以此推断其血液相容性更好。


人工心脏的市场巨大,需要医疗大鳄推动


根据之前十年的数据来看,人工心脏的市场值得期待, Thoratec的HeartMateⅡ和HeartWare的HVAD在临床治疗上的被接受度非常高,累计临床经验超过3万例。到2014年,这两款产品的销售额达到7亿美元。全球的心脏瓣膜公司总产值才20亿美元,而人工心脏仅凭借两家公司的产品就能达到7亿,不得不说它的市场潜力惊人。


在治疗心衰患者的方式上,药物治疗和心脏移植都存在明显的弊端,前一种的效果不明显,后一种的供体来源不足,而更新的心衰干细胞治疗技术,目前很难获得美国FDA批准。由此看来,人工心脏成为改善心衰最可行的选择。


当然,它面临的市场挑战同样很大,人工心脏在美国有几万病例和丰厚收益,不仅因为美国有完善的支付体系支撑,还因为对人工心脏的市场教育做得很好。换到国内,肿瘤患者或许会花费几十万来延长寿命,心衰患者就未必会,没有机构花钱来教育市场,类似同心医疗这样的企业也不具备这样的推广实力。


当我们看到去年圣犹达医疗公司收购Thoratec,今年美敦力收购HeartWare,都是让人振奋的事情。包括同心医疗在内,或许在产品技术成熟的某一天,也会面临被收购的命运,那是市场使然。必须有大企业入局,才能推动人工心脏突飞猛进的发展。


最后,回归主题:人工心脏到底离心脏移植还有多远?如果把时间拉长到十年来看,在十年的时候,心脏移植患者有近50%的存活率,而采用目前的机械轴承、液力悬浮的人工心脏的患者中,50%存活期能达到四年,多名患者已存活8年以上。业界预测,采用完全磁悬浮轴承的人工心脏将进一步显著延长患者寿命、提高生活质量。陈琛表示,CH-VAD的设计寿命为10年,虽然人工心脏产品开发的周期很长,但他相信在有生之年能看到真正可以替代心脏移植的人工心脏出现。


联想之星是创立于2008年,目前管理着两期、总额约15亿人民币的天使投资基金。2015年,分别被清科集团、投中集团评为中国最佳天使投资机构前三名。作为联想控股的早期投资和孵化板块,联想之星植根联想30余年来的创业经验和资源积累,为创业者提供天使投资+深度孵化的特色服a务,做创业者身边的"超级天使"。


本文主讲对象为联想之星WILL大会分论坛——享医汇第二期MED TED主题演讲活动嘉宾。

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注:文中出现的采访数据,均由受访者提供并确认。如果您有资源对接,联系报道项目,寻求合作等需求请填写 需求表

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