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域帶來了新的選擇，可以克服一些傳統材料的局限性。隨著材料科學的突破，已有創新企業研發出融合了機械瓣及生物瓣雙重優勢的高分子瓣膜。與傳統機械瓣膜和生物瓣膜相比，高分子瓣膜具有優異的耐疲勞性，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域的一個重要發展方向，有望改善患者的治療和生活質量。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，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，用于修復或替代患有心臟瓣膜疾病患者的瓣膜結構，以維持正常的心臟功能。這些瓣膜具有不同的結構和特性，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（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心臟中的二尖瓣，它們通常具有兩個可關閉的瓣葉片。
主動脈瓣膜：這些瓣膜用于替代或修復主動脈與左心室之間的主動脈瓣。
（三）設計分類
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用范圍涵蓋了心臟瓣膜手術領域，主要包括以下方面：
1、二尖瓣替代手術：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，恢復心臟的正常功能。
2、主動脈瓣替代手術：高分子主動脈瓣膜用于替代主動脈瓣，以修復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患者的具體需要進行設計和制造，因此它們為個性化治療提供了可能性，以適應不同患者的解剖結構和生理要求。
2、高分子心臟瓣膜的發展歷程
早期嘗試（1950年代-1960年代）：高分子心臟瓣膜的發展始于20世紀中葉。早期嘗試是使用硬質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，在長期內表現不佳。
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（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的進步，高分子心臟瓣膜的制備變得更加精確和工程化?，F代的高分子心臟瓣膜可以根據患者的具體需要進行設計和制造，以適應不同的解剖結構和生理要求，包括使用3D打印技術和計算機輔助設計來創建定制的瓣膜。
（來源：Int J Mol Sci. 2023 ）
上圖為近十年用于外科心臟瓣膜置換術的聚合物瓣膜和用于經導管瓣膜置換術的聚合物瓣膜。在過去十年中，眾多研究報告了在開發理想聚合物心臟瓣膜方面的經驗。然而，它們大都集中于描述聚合物心臟瓣膜的設計，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阻礙了這一領域的進展?，F代聚合物制造和改性方法的成功，以及納米技術的發展，促進了具有獨特性能的生物材料出現，為高分子心臟瓣膜的發展奠定了基礎，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，心臟瓣膜疾病的發生也越來越普遍，預計隨著人口老齡化趨勢的增加，瓣膜疾病的發病率將逐年上升。
據國家經導管瓣膜治療數據庫（NTVCR數據庫）統計，我國接受經導管主動脈瓣置換術治療的患者集中在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的治療需求還未得到滿足。
根據《2021年中國心外科手術和體外循環數據白皮書》報告，2021年我國開展的心臟瓣膜手術僅77,077例；根據NTVCR數據庫的統計，同年開展的TAVR數量為7319例（僅大陸地區）。
從臨床上看，我國經導管二尖瓣介入治療市場預計將從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年的復合年增長率為156.8%，2030年的經導管二尖瓣介入治療市場預計將達到人民幣89.43億元。此外，預計2025年中國經導管三尖瓣介入治療市場規模將達8.5億元，2023年至2025年的復合年增長率為215.2%，于2030年將達到人民幣203.1億元。
（2018-2030中國經導管二尖瓣介入市場規模/百萬人民幣）（來源：弗若斯特沙利文）
（2018-2030中國經導管三尖瓣介入市場規模/百萬人民幣）（來源：弗若斯特沙利文）
由此可見，國內心臟瓣膜的市場空間較大，預計未來隨著經濟和衛生條件的改善，國民健康意識的提高，心臟瓣膜的滲透率也會提升，我國瓣膜行業有很大的發展前景。
由于動物心包組織的生產成本高，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用，具備高分子瓣膜制備能力的TAVR公司可能會成為行業翹楚。目前研發高分子TAVR的國內代表企業包括沛嘉醫療、心銳醫療、以心醫療，心嶺邁德，國外包括Flodax、Strait Access Technology。
心嶺邁德已完成首例國產高分子外科瓣膜動物實驗。心銳醫療同步研發了高分子外科主動脈瓣、二尖瓣以及介入主動脈瓣。以心醫療自主研發的高分子經股主動脈瓣置換系統已于2022年7月完成首例臨床。
（來源：各公司官網）
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新型醫療器械公司，是聚合物瓣膜領域的先驅，其設計開發的Tria heart valves平臺是全球第一批聚合物心臟瓣膜平臺，該平臺技術可應用于主動脈、二尖瓣和三尖瓣疾病的瓣膜置換。Foldax的宗旨是通過新材料，設計和制造技術，擴大患者使用范圍，提高產品性能并降低成本，從而改變結構心臟市場。
2023年5月11日，Foldax宣布已與澳大利亞國家科學機構CSIRO簽署協議，獲得聚合物技術專利系列的全部所有權。Foldax已將該聚合物技術整合到LifePolymer材料平臺中，并進行了測試，結果表明該材料與血液兼容，蛋白質、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，這可能是某些醫療設備的理想選擇。
（Tria心臟瓣膜）（來源：公司官網）
Tria采用Foldax開發的革命性聚合物材料----LifePolymer，Lifepolymer不僅具有類似的生物瓣膜性能，而且部分性能優于生物瓣膜，如優異組織相容性、優異機械性能、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心臟瓣膜已經進行了體內研究，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的有效性。結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正在進行更大規模的臨床研究。此外，Foldax公司的二尖瓣手術瓣膜和經導管主動脈瓣置換術（TAVR）也將陸續進入臨床階段。
（二）Strait Access Technologies（SAT）
Straight Access Technologies（SAT）是南非開普敦大學的衍生初創公司，專注于開發治療心臟瓣膜疾病的創新技術，針對年輕風濕性心臟病患者的復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）
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過程中的定位是否理想，并且允許批量化、自動化生產。該產品已受到世界心臟聯合會的支持，將在監管部門批準后啟動臨床試驗。
（三）Novostia
Novostia是一家私營醫療器械公司，于2017年在瑞士成立，專注于心血管設備開發。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量，同時降低整體醫療成本。Novostia擁有多項技術專利，在流體力學、先進生物材料、高精度制造和醫療實驗室研究方面處于行業領先地位。
（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機械閥導致血栓的血液流動誘導機制，同時延續機械瓣長期有效的使用壽命。
5、結語
國內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，生產成本有望降低。隨著國內心臟瓣膜置換及修復市場不斷擴容，高分子瓣膜有望成為下一個掘金高地。
