人工心脏瓣膜是一种用于治疗心脏瓣膜疾病或缺损心脏的植介入医疗器械，通过置换人体心脏内发生病变的瓣膜，可使患者重建血液循环动力功能，在心血管治疗领域具有重要作用。
高分子心脏瓣膜由高分子材料制成，其中，高分子材料是一种由大量重复单元组成的大分子化合物，具有较高的强度和耐用性。高分子心脏瓣膜的使用寿命比传统的生物瓣膜更长，可以达到25年左右，而且与生物心包瓣膜一样，高分子瓣膜无需终生抗凝，也不会产生机械瓣膜的噪音，具有零钙化、低凝血、高生物相容性的优点。
1、背景分析
1.1 政策
随着传统外科手术的广泛应用、介入治疗技术的不断成熟，植介入医疗器械在心血管、骨科、神经外科等许多临床科室取得了迅速发展，已经成为中国医疗器械行业的核心组成部分。
2021年06月01日，国务院推出的《医疗器械监督管理条例》明确了国家对医疗器械按照风险程度分为三类实行分类管理[1]。第一类是风险程度低，实行常规管理可以保证其安全、有效的医疗器械。第二类是具有中度风险，需要严格控制管理以保证其安全、有效的医疗器械。第三类是具有较高风险，需要采取特别措施严格控制管理以保证其安全、有效的医疗器械。
2021年10月01日公布的《医疗器械注册与备案管理办法》强调了第二类、第三类医疗器械实行产品注册管理[2]。第三类医疗器械由国家药监局审查，批准后颁发医疗器械注册证。已注册的第二类、第三类医疗器械，其产品名称、型号、规格、设计、原材料、生产工艺、适用范围及使用方法等发生实质性变化，有可能影响该医疗器械安全、有效的，注册人应当向原注册部门申请办理变更注册手续。
2022年5月1日国家药监局提出的《经导管植入式人工主动脉瓣膜临床试验指导原则》中明确指出经导管植入式人工主动脉瓣膜产品在开展临床试验研究前，应完成必要的、科学的临床前研究(如性能验证、体外试验、生物学评价、动物实验研究等)，目研究结果可基本证明产品的安全性和初步可行性。进一步规范了经导管植入式人工主动脉瓣膜产品上市前的临床试验，并指导该类产品申请人在申请产品注册时临床试验资料的准备，是行业规范化发展的又一进步。
1.2 社会
人口老龄化的确是一个全球性的趋势，也在中国产生重要的影响。随着人口老龄化程度的加深，瓣膜性心脏病发病率上升的问题也日益显著。瓣膜性心脏病是由于心脏瓣膜发生退行性病变，导致瓣膜功能异常，进而影响心脏血液流动，造成心功能受损的疾病。
主动脉瓣病变是其中的一种常见类型，是指主动脉瓣（aortic valve）出现病理性改变，影响了主动脉瓣的开闭功能。随着中国老年人口数量的增加，主动脉瓣病变患病人数也预计会显著增加。预计到2022年，中国可能有超过100万人因主动脉瓣病变而患病。
在此背景下，未来对心脏瓣膜手术的需求也会持续增长。与此同时，由于人工心脏瓣膜在替代瓣膜手术中起到了关键的作用，可以预见人工心脏瓣膜的需求也将大幅提高。
1.3 技术
随着深入的研究，高分子材料瓣膜开始在临床应用中出现。这种瓣膜融合了机械瓣和生物瓣的优势，具备优异的耐疲劳特性和优秀的血液相容性。目前，动物心包组织在经导管主动脉瓣置换术（TAVR）中得到广泛应用，并且已经证明具有良好的耐久性和抗栓性能。然而，这些动物心包组织瓣膜的使用寿命仍有一定局限性，一般为10-15年。随着TAVR患者的低龄化，对瓣膜使用寿命的要求也提高。
高分子材料在体外模拟实验中显示出比传统的牛心包瓣膜更长的使用寿命，可达25年，并且具备无钙化、低凝血和高生物相容性等优点。这使得高分子材料瓣膜在理论上成为更耐久且适合年轻患者的心脏瓣膜选择。然而，高分子材料瓣膜实际植入后的长期血流动力学表现和效果仍需要在临床中进行验证。
为了获得更全面的临床数据和证据，需要进行长期的随访和大规模的临床研究，以评估高分子材料瓣膜的长期安全性和有效性。这些研究包括对患者的长期跟踪，监测瓣膜功能和性能等，并将高分子材料瓣膜与传统瓣膜材料进行比较。这些证据的积累将有助于更好地确定高分子材料瓣膜在临床应用中的优势和局限性。
虽然高分子材料瓣膜在体外实验中表现出许多潜在优势，但在实际临床应用中，需要综合考虑多方面因素，包括患者的个体情况、手术风险和长期效果等。随着研究的进一步深入和技术的不断进步，我们有望在未来看到更多关于高分子材料瓣膜的临床数据和证据，以更好地指导临床决策。
2、行业概况
2.1 行业市场规模
中国心脏瓣膜市场规模从2017年至2019年稳步增长，增长率达19.7%，从2020年至2022年有较大提升，平均增长率达50%以上，预计在2027年达到6478.85亿元的规模[3]。
【图1 心脏瓣膜行业市场规模】
市场规模的增加主要受到两个因素的影响：
介入性心脏治疗手术适应人群规模扩大：随着中国人口老龄化趋势，心血管疾病在老年群体中的发病率相对较高，这将推动心脏介入性手术的需求增加。尽管介入性手术的价格相对较高，符合条件的医院数量也较少，但随着国家政策的引导，瓣膜中心的构建和介入性手术纳入医保范围，预计能承担这类手术的医院数量将增加。另外，中国人口结构呈现梭形发展趋势，中产阶级及新中产成为主要消费群体，其消费水平不断提高，这也将促进心脏介入性手术的需求增加。
二尖瓣、三尖瓣市场研发阶段的产品注册上市并投入使用：在过去，中国二尖瓣和三尖瓣置换手术的数量相对较少。但随着注册产品的增加，医疗行业将拥有更多安全性更先进的器械选择，这将显著提高市场渗透率，进而促进市场规模的增长，特别是对于经导管二尖瓣介入器械，从SAVR（传统心脏手术）辅助手术转向中低风险患者的首选，其微创特性将替代SAVR市场，并在扩大适应症人群的基础上提高毛利润率。
2.2 行业市场前景
国家建设瓣膜中心和政策倾斜：政府对心脏瓣膜行业的支持和投入，特别是建设瓣膜中心和搭建国家经导管瓣膜治疗数据库，为行业增长提供了重要的支持。这些举措有助于推动心脏介入手术的普及和推广，为更多的患者提供高质量的瓣膜治疗选择。有资格进行介入性手术的医院数量迅速增加，进一步推动了市场的扩张。随着更多省份开展TAVR手术，国内市场前景更加广阔。
高分子瓣膜研发或将带来革命性改变：国内企业和研究机构对高分子瓣膜的研发非常重视，并且取得了一些有希望的进展。高分子材料瓣膜的出现将有望解决传统瓣膜的一些缺点，为心脏瓣膜治疗带来新的可能性。然而，由于该领域的复杂性和挑战性，这些研究还需要在临床实践中进行充分验证和验证长期效果。随着技术的不断发展和临床数据的累积，高分子瓣膜有望为心脏瓣膜领域带来革命性的改变。
3、产业链分析
3.1 产业链概况
现有心脏瓣膜行业中，主动脉瓣和肺动脉瓣产品已形成完整产业链并呈现不断扩展趋势，上游企业主要为医用原材料供应商；中游企业包括医疗技术研发商和医疗器械制造商；下游参与方主要包括各医疗终端机构的神经及心血管科室[4]。
产业链上游说明
在心脏瓣膜行业上游总体构成中，瓣膜原材料供应商和瓣膜生产设备供应商占据了主导地位，心脏瓣膜行业在生产环节中高度依赖原材料和设备。心脏瓣膜主要使用的原材料包括聚氨酯、镍钛合金、牛心包、猪瓣膜、ptfe膜、导管，瓣膜等。
原材料供应商约占总产值的60%左右，其次瓣膜生产设备供应商占比约为25%，其余15%为瓣膜生产技术研发机构。不同材料的心脏瓣膜价格有很大的差异。牛心包瓣膜的价格可能达到至少5万元/个，而猪心瓣膜间质细胞的价格在5000元/个左右。PTFE膜属于高分子材料，其成本因生产工艺、材料和尺寸的不同而有所不同，精加工的心脏瓣膜单价可达万元以上。聚氨酯导管的价格在300-1500元之间。
在供应环节方面，瓣膜原材料供应商约占总产值的60%左右，其次是瓣膜生产设备供应商占比约为25%，剩余15%为瓣膜生产技术研发机构。瓣膜行业的上游总体构成中，瓣膜原材料供应商和瓣膜生产设备供应商处于主导地位。
心脏瓣膜作为关键的医疗器械，在心脏疾病治疗中发挥着重要作用。随着技术的进步和研发的不断推进，心脏瓣膜行业有望迎来更多的创新，为患者提供更好的治疗选择。同时，瓣膜行业在原材料供应和设备提供方面的稳定和可靠性也至关重要，以确保瓣膜产品的质量和安全。
产业链中游
在中游商业模式层面，企业销售以经销模式为主。根据北京佰仁的招股书数据显示，公司产品销售主要采用经销模式，占比约99.8%。在产品技术发展方面，有两个主要方向：
抗钙化性能：作为人工生物心脏瓣膜的主要评价指标，抗钙化技术的发展是延长人工生物心脏瓣膜使用寿命的关键因素之一。以美国爱德华公司为例，其核心技术是通过一定浓度的戊二醛交联牛心包I型胶原蛋白分子上的游离氨基，达到抗钙化的目的。
生物功能化（可降解化）、组织工程化、合成高分子化三位一体技术：目前已上市的介入瓣膜多数为非降解材料，不具有生物活性，在病人体内永久性地作为异物存在，可能引发慢性炎症并缩短产品使用寿命，不适用于儿科病人和年轻病人。因此，通过体外培养或原位诱导再生的组织工程瓣膜同样可以通过微创介入方式植入，为病人提供最接近原生组织的瓣膜，将成为未来行业内的尖端技术。
产业链下游
在下游需求层面，心脏瓣膜的发病率随着年龄增长显著增加，在79岁以上的人群中，患病率高达8.9%，患者基数庞大。随着医疗技术的不断发展，介入式手术具有安全性高和创伤小的优点，将逐渐取代传统的外科手术，这意味着越来越多的患者选择介入手术治疗心脏瓣膜疾病。
同时，在政策推动下，介入手术的应用将更为普及，将进一步带动心脏瓣膜产品市场规模的提升。例如，上海市率先将经导管主动脉瓣置换术（TAVR）项目纳入医保支付范围，每台手术的费用定价为5200元。这一举措释放出医保支付范围拓展到手术服务的信号，预计心脏瓣膜的渗透率将会进一步提高。随着更多地区和国家将介入手术纳入医保范围，心脏瓣膜市场的需求将持续增长。
3.2 竞争分析
目前，全球范围内只有少数企业掌握高分子瓣膜技术。Foldax是高分子瓣膜领域的先驱企业，他们推出的高分子瓣膜产品已经进入人体临床试验阶段。Foldax研发的高分子瓣膜产品TRIA是其中代表性的产品，其手术瓣（SAVR）系列已完成FIM研究，而介入瓣（TAVR）系列目前还处于早期阶段，刚完成首期动物试验。
现有的临床数据显示，Foldax的高分子瓣膜产品比传统生物瓣膜使用寿命更长，达到长达25年；患者在植入高分子瓣膜一年后，跨瓣压差、瓣膜有效开口面积（EOA）和心功能都得到了明显改善，而且患者无需长期服用抗凝药。这些数据表明高分子瓣膜技术在心脏瓣膜领域的应用具有潜力，为患者提供更持久、更有效的治疗选择，并且不需要长期使用抗凝药物。随着高分子瓣膜技术的不断发展和临床试验的推进，这一新兴技术有望在未来取得更大的突破并进一步改善患者的生活质量[5]。
尽管国内瓣膜厂商在商业化进程方面面临挑战，但他们已意识到生物瓣膜的一些缺点，并开始积极研究高分子瓣膜以解决机械瓣和生物瓣的不足。这表明国内瓣膜行业正在不断向前迈进，寻求新的技术和解决方案。目前，一些国内企业和科研院所已经取得了一些进展。例如，心岭迈德已完成了首例国产高分子外科瓣膜的动物实验。心锐医疗正在同步研发高分子外科主动脉瓣、二尖瓣以及介入主动脉瓣。这些进展显示出国内瓣膜行业对高分子瓣膜技术的重视和投入。高分子瓣膜技术的发展有望为心脏瓣膜领域带来新的突破和可能的革新，为患者提供更好的治疗选择和更持久的瓣膜替代方案。随着这些研究的不断推进，国内企业在高分子瓣膜领域有望在全球市场中取得更有竞争力的地位。
Foldax公司
Foldax推出的Tria心脏瓣膜采用革命性新型材料——LifePolymer制成，可与患者共度一生。旨在帮助患有主动脉瓣、二尖瓣和三尖瓣疾病的患者在一次心脏瓣膜手术中获得更为经济、有效的治疗。
Tria由聚合物瓣叶、聚醚醚酮（PEEK）支架和聚四氟乙烯（PTFE）缝合环构成，是一个真正意义上100%由合成聚合物制作而成的人工心脏瓣膜。离体测试结果显示，Tria外科瓣可使用约35年，优于如今生物瓣的平均使用寿命。
将LifePolymer与专利设计相结合，开发出无需应用动物组织的长效心脏瓣膜；可用于经导管置换或外科手术替代病变的心脏瓣膜；旨在减少或消除终身抗凝药物的需求并优化血流动力学和有效的开口面积。LifePolymer材料具有较强的耐久性，无动物组织潜在的疯牛病传染问题，可通过机器人精准批量生产。
Tria是第一个且唯一一个机器人生产制造的心脏瓣膜，机器人辅助生产提高了高质量的精确度，减少了劳动力需求，降低了瓣膜成本。
2022年5月，在印度批准开展了首批临床试验，印度是世界上第二大心脏瓣膜市场(仅次于美国)，每年有10万例植入手术，为Foldax提供了广阔的发展机遇。
Strait Access Technologies（SAT）公司
SAT研发了一款新型球扩式主动脉瓣聚合物瓣膜Polymer Valve——适用于风湿性和退行性疾病患者。它是由荷兰帝斯曼研发的CarboSil热塑性有机硅-聚碳酸酯-聚氨酯的聚合物材料制成。SAT Polymer Valve中空球囊放置瓣膜假体，允许血液自由血流，无需快速起搏，可通过触觉反馈确认手术过程中定位是否理想，并且允许批量化、自动化生产。入路方式为经心尖和经股动脉；有三种尺寸类型。该产品已受到世界心脏联合会的支持，将在监管部门批准后启动临床试验。
PECA Labs
PECA Labs公司研发的STEALTH聚合物经导管主动脉瓣，超薄输送系统——全聚合物小叶使输送系统更纤薄，以减少血管损伤的机会；经过临床验证的聚合物材料，提供了卓越的性能和耐用性。
STEALTH聚合物经导管主动脉瓣
除STEALTH聚合物TAVR瓣膜外，PECA Labs公司还研发了一款聚合物肺动脉瓣——MASA瓣膜，适用于22岁以下的患者，特别是需要对右心室流出道进行校正或重建的先天性心脏畸形患者。MASA瓣膜被设计用于重建右心室流出道，并提供一个功能性的肺动脉瓣。在植入后，能有效地提供从右心室到肺动脉的血液流通通道，并防止血液回流至右心室。
目前，MASA聚合物肺动脉瓣已完成首例人体植入，患者为21个月大的婴儿。
4、国内竞争格局
以心医疗
上海以心医疗自主研发的瓣膜置换产品Polymer TAVR TRISKELE®，是全世界首款合成高分子纳米复合材料瓣叶的经导管主动脉瓣置换产品。其瓣叶材料为合成材料，且其生产工艺为自动化覆膜工艺，从原材料和工艺、良品率方面都进行了极大的优化，将产品成本降到仅有现有动物心包产品的十分之一。将极大降低患者的治疗成本。
生物纳米聚合物材料介入人工心脏瓣膜的优势：产品植入后寿命长，更年轻的患者也能够使用、零钙化、低凝血、高生物兼容性的优点；完全可回收的设计；产品成本极大降低。
沛嘉医疗
TaurusApex是沛嘉独立研发的第四代介入瓣膜产品，使用自研的高分子纤维编织物作为瓣叶材料。通过模仿自体瓣叶结构（5层疏水结构）设计了多层复合材料，采用超细高强高分子纤维编织纤维层，兼具优异的机械性能和类似天然瓣叶的各向异性。与传统的牛心包材料相比，TaurusApex的厚度可减少80%，耐久性显著提升，在2亿次疲劳测试后各血液动力学参数基本保持不变，瓣叶并无明显使用痕迹。
心岭迈德
心岭迈德的高分子主动脉外科瓣膜（PoliaValve）已在国内率先完成首例正式动物实验，占据了领先优势。
心岭迈德的高分子外科瓣膜具有不亚于生物瓣膜的流体力学性能、耐疲劳性能，以及远远领先于生物瓣膜的抗钙化性能。例如，在90天小鼠皮下钙化实验中，其高分子主动脉外科瓣膜钙化结晶数量是常见生物瓣膜的1/3。
心岭迈德还是国内首家采用机器人自动化生产高分子瓣膜的企业。其中，瓣膜材料浸沾成型、烘干和测厚均由机器人完成。相比于人工操作，机器人可实现智能化、高精度、高质量、大规模应用，降低成本，消除手工生产的不可控性。
心锐医疗
苏州心锐医疗科技有限公司是国内从事高分子瓣膜研发的企业，坚持从源头创新，聚合物瓣膜从材料合成到构型设计均为自主研发，瓣膜的核心材料此前已经完成了第三方的检测，材料的部分核心性能指标优于全球进度最快的Foldax公司公布的数据。该公司自主研发的聚合物瓣膜在血流动力学（如EOA、渗漏性能等）、耐疲劳特性等方面均优于目前市面的主流瓣膜产品。
截止目前，心锐医疗已有多款聚合物瓣膜产品在平行推进。
5、结语
高分子瓣膜既兼具优异的耐疲劳特性，又有极好的血液相容性，是非常理想的人工瓣膜。随着心脏介入性手术需求的增加以及医疗技术的不断发展，人工心脏瓣膜市场规模正在进一步增大。然而，虽然从理论上来说高分子材料瓣膜有望成为心脏瓣膜的首选，然而它实际植入后的有效性和长期安全性仍需要大规模临床验证。目前全球范围内来说，仅有少数企业掌握高分子瓣膜技术，并且暂无上市的产品。
参考文献：
[1]国家法律法规数据库 《医疗器械监督管理条例》
[2]中国政府网 《医疗器械注册与备案管理办法》
[3]头豹研究院 《心脏瓣膜词条目录》
[4]头豹研究院 《2019年中国人工心脏瓣膜行业概览》
[5]医院林研究院 《高分子瓣膜研究报告》
