您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發
嘉峪檢測網 2025-03-10 07:59
心臟瓣膜病是最為常見的心臟病之一，通過外科技術進行瓣膜置換是重要的治療手段。長期以來，瓣膜置換所使用的心臟瓣膜主要是機械瓣膜或生物瓣膜，但二者均存在相對局限性：如植入機械瓣患者需終生服用抗凝藥物，存在出血和血栓風險；生物瓣雖無需長期抗凝，但易發生鈣化衰敗，使用年限較短（10-15年）。
隨著材料科學與醫學工程的不斷發展，高分子材料心臟瓣膜應運而生。自上世紀五六十年代開始，各國學者便嘗試研發以高分子材料為基礎的人工瓣膜，如采用聚縮醛樹脂等制作心臟瓣膜，然而限于材料性能，早期臨床效果不佳。近年來，隨著高分子材料的更新迭代與研究突破，這類結合了優異的生物相容性、耐磨性能及可定制化優勢的材料，逐漸成為心臟瓣膜領域的研究熱點。2019年美國Foldax公司首先開發出Tria瓣膜，已在美國及印度開展臨床試驗，臨床效果優異。與此同時，國內外多家瓣膜公司及科研院所也開始布局高分子瓣膜的研發與應用，以期研發出適合更多患者的高分子瓣膜。
一、高分子瓣膜的核心優勢
與傳統心臟瓣膜相比，高分子材料心臟瓣膜在以下方面表現突出：
1. 生物相容性優異：通過分子設計優化材料表面特性，高分子材料瓣膜可顯著降低免疫與炎癥反應，具備較好的血液相容性。
2. 耐磨性能突出：相較生物瓣膜，人工合成的高分子材料瓣膜能夠耐受長期血流沖擊，可延長瓣膜使用壽命。
3. 低血栓風險：高分子材料瓣膜表面抗凝血性能優異，患者可減少或停用抗凝藥物，降低并發癥發生率。
4. 瓣葉均質性高且可個性化定制：由于瓣葉可通過工業機器人制作，每個瓣葉的均質性得到保證，瓣葉根部及游離緣的厚度可根據力學特征進行設計制備；同時可基于患者解剖結構及生理需求進行設計，適配復雜病例需求，提升手術精準度與患者預后。
5. 柔韌性和順應性佳：能更好地適應心臟的搏動以及血流動力學變化，有助于患者術后心功能的恢復。
6. 工藝與成本優勢：自動化生產技術簡化制造流程，質量控制穩定，無需冷藏等特殊儲運條件，潛在成本低于生物瓣。
7. 生物安全性高：無生物材料帶來的病毒感染等生物安全性問題。
8. 噪音低：工作時產生的噪音較低，顯著提高患者的生活質量。
二、瓣膜研制所需高分子材料及其特性
近年來，隨著高分子材料科學的不斷進步，研究者已成功實現高分子材料瓣膜的制備，并在體內外研究中驗證其可行性。此外，性能更佳的新型高分子材料也在持續探索中，以進一步優化瓣膜功能。現有高分子材料主要包括：
1. 聚氨酯（PU）及其衍生物
1.1 POSS-PCU：PCU具備優異的循環載荷抵抗能力，但其抗生物降解和抗鈣化能力較差。通過引入多面體低聚硅氧烷（POSS）增強力學性能與抗鈣化能力，動物實驗顯示其血液相容性優于傳統材料。
1.2 Hastalex（FGO-PCU）：Hastalex是一種新型納米復合材料，集成氨基功能化氧化石墨烯（FGO），抗拉強度提升30%，適用于經導管介入瓣膜（TAVR），且血栓形成率極低。Hastalex展現出更優的血液相容性和更低的蛋白質吸附能力，并且抗鈣化能力更強。大鼠體內試驗進一步驗證了這些特性，支持其作為人工瓣膜材料的潛在應用價值。
1.3 SiPUU：SiPUU是一種改良的生物穩定性彈性體聚氨酯，廣泛應用于醫療植入物。通過增強分子間氫鍵和界面區域穩定性，抑制塑性變形，ISO 10993生物相容性測試顯示其表面幾乎無血小板粘附，動物實驗進一步驗證了其良好的生物安全性。因此，SiPUU 在人工心臟瓣膜的開發中具有廣闊的應用前景。
2. 聚烯烴與復合彈性體
2.1 xSIBS：xSIBS是一種新型聚烯烴熱固性彈性體，抗蠕變性能優于傳統SIBS，機械強度與抗撕裂性接近天然瓣膜。
2.2 LLDPE/HA-LLDPE：線性低密度聚乙烯（LLDPE）具有高拉伸強度和撕裂強度，同時具備優異的抗穿刺性、低彎曲剛度和低剪切應力敏感性，使其成為心血管裝置制造的潛在材料。然而，LLDPE在長期血液-植入物相互作用中的生物相容性有限，因此研究人員通過與透明質酸（HA）結合，提高其親水性，以優化其性能。
3. 水凝膠材料
PVA-BC：聚乙烯醇（PVA）是一種親水聚合物，具有良好的生物相容性和優異的機械性能，同時不易形成血栓，有利于生物醫學應用。為進一步提高 PVA 水凝膠的強度和耐磨性，通過引入細菌纖維素（BC）增強 PVA，其力學特性接近豬主動脈根部，耐磨性與抗疲勞性優異，被視為長期植入的潛力材料。
三、國外研發進展
1. Foldax（美國）：Tria瓣膜采用自主研發的LifePolymer材料制成，兼具生物相容性和機械性能，患者無需長期抗凝治療，已在美國和印度開展臨床試驗，獲得美國 FDA 和印度藥品管制總局（DCGI）的批準。2023 年 8 月開始在印度進行 Tria 高分子外科二尖瓣臨床試驗，2024 年 6 月公布的首份臨床數據顯示，在有癥狀的中度至重度二尖瓣狹窄和 / 或反流患者中，Tria 手術二尖瓣隨訪死亡率低，血栓栓塞率低，超聲心動圖顯示瓣膜功能穩定，血流動力學良好。目前手術瓣（SAVR）系列已完成 FIM 研究，介入瓣（TAVR）系列剛完成首期動物試驗。
2. Strait Access Technologies（南非）：南非SAT研發的球擴式Polymer Valve由Carbosil有機硅-聚碳酸酯復合材料制成，中空球囊設計避免快速起搏，目前處于臨床前研究階段。
3. Novostia（瑞士）：TRIFLO主動脈瓣結合流體力學優化設計，2023年獲立陶宛批準開展人體植入試驗。
4. PECA Labs（美國）：其研發全聚合物小葉的STEALTH TAVR瓣膜和兒科專用MASA肺動脈瓣膜，2023年完成全球首例嬰兒肺動脈瓣植入，標志其技術進入臨床應用階段。
四、國內研發進展
1. 以心醫療：自主研發的Sikelia™ TAVR瓣膜為全球首款預裝式介入聚合物瓣膜，具有零鈣化、低凝血、高生物相容性等優點，2022年由葛均波院士成功完成首例臨床植入，TCT2024會議數據證實其零鈣化與100%可回收特性。
2. 心嶺邁德：其研發的Poliavalve™瓣膜是全球第二款進入臨床階段的高分子聚合物外科瓣瓣膜，也是首款臨床應用的國產高分子外科瓣，動物實驗結果顯示其抗鈣化性能優于生物瓣，同時，機器人自動化生產實現微米級精度，提升了瓣膜制作質量。2024年已完成首例臨床植入，FIM研究及多中心隨機對照正在進行中。
3. 智纖科技：其與帝斯曼—芬美意生物醫學部門達成合作，將聚焦高端醫療器械材料的模型構建及應用結構創新，未來有望在心臟瓣膜的輕薄度、柔韌性和使用壽命等方面取得巨大進步。
4. 沛嘉醫療：其研發的Taurus Apex介入瓣已完成動物實驗，計劃2025年啟動多中心臨床研究。
此外，佰仁醫療、啟明醫療等上市公司也在布局高分子瓣膜領域，相關產品也在研發中。國內四川大學，復旦大學，上海交大，西安交大，上海東華醫院及眾多科研院所，也都在進行相關材料研究。
五、未來展望
高分子材料心臟瓣膜憑借其性能可設計性與臨床優勢，正逐步改寫心臟瓣膜置換領域的格局。其優異的抗鈣化特性、生物相容性及耐久性，可有效延長瓣膜使用壽命，擴大適用患者的范圍，避免二次手術的風險，患者的生活質量將得到極大提升。
未來研究重點可聚焦于長期臨床數據積累、材料疲勞性能驗證及個性化制造技術優化。同時，隨著新型復合材料（如仿生納米材料）與4D打印技術的融合，高分子瓣膜有望實現“結構與功能雙仿生”，推動心血管醫學進入精準治療時代。
來源：嚴道醫聲網
