对于严重瓣膜性心脏病患者，更换人工心脏瓣膜是最有效的治疗手段。目前临床上常用的人工心脏瓣膜依据材料可分为机械瓣（以热解碳制作）和生物瓣（以猪、牛等来源的生物组织制作）。但这些材料在一些方面存在限制，如生物瓣膜可能需要替换，而金属瓣膜可能需要长期抗凝治疗。
高分子材料的引入为心脏瓣膜领域带来了新的选择，可以克服一些传统材料的局限性。随着材料科学的突破，已有创新企业研发出融合了机械瓣及生物瓣双重优势的高分子瓣膜。与传统机械瓣膜和生物瓣膜相比，高分子瓣膜具有优异的耐疲劳性，使用寿命长，血液相容性好，患者无需长期服用抗凝药。
高分子心脏瓣膜也成为心脏瓣膜领域的一个重要发展方向，有望改善患者的治疗和生活质量。科学家和工程师也在不断寻求新的高分子材料和制造技术，以进一步提高瓣膜的性能和安全性。
1、初识高分子心脏瓣膜
高分子心脏瓣膜是一种人工心脏瓣膜，由高分子材料制成，用于修复或替代患有心脏瓣膜疾病患者的瓣膜结构，以维持正常的心脏功能。这些瓣膜具有不同的结构和特性，旨在模仿天然心脏瓣膜的功能。
高分子心脏瓣膜可以根据不同的标准进行分类，包括以下几种常见的分类方式：
（一）材料分类
聚合物瓣膜：这类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机械特性。
生物活性聚合物瓣膜：这些瓣膜将高分子聚合物与生物活性物质（如药物或细胞）组合，以促进愈合或降低血栓形成的风险。
（二）位置分类
二尖瓣膜：这些瓣膜用于替代或修复心脏中的二尖瓣，它们通常具有两个可关闭的瓣叶片。
主动脉瓣膜：这些瓣膜用于替代或修复主动脉与左心室之间的主动脉瓣。
（三）设计分类
机械式高分子瓣膜：这些瓣膜通常由坚固的高分子材料制成，如聚碳酸酯或聚乙烯，具有耐久性，但通常需要抗凝治疗以防止血栓形成。
生物活性高分子瓣膜：这些瓣膜具有一层生物活性材料，通常是组织工程技术或药物涂层，可以减少血栓形成的风险，减少抗凝治疗的需求。
高分子心脏瓣膜的应用范围涵盖了心脏瓣膜手术领域，主要包括以下方面：
1、二尖瓣替代手术：当患者患有二尖瓣疾病，如二尖瓣狭窄或二尖瓣反流时，高分子二尖瓣膜可以用来替代受损的二尖瓣，恢复心脏的正常功能。
2、主动脉瓣替代手术：高分子主动脉瓣膜用于替代主动脉瓣，以修复主动脉与左心室之间的血液流动问题，通常在主动脉瓣狭窄或主动脉瓣反流的情况下使用。
3、个性化治疗：由于高分子心脏瓣膜可以根据患者的具体需要进行设计和制造，因此它们为个性化治疗提供了可能性，以适应不同患者的解剖结构和生理要求。
2、高分子心脏瓣膜的发展历程
早期尝试（1950年代-1960年代）：高分子心脏瓣膜的发展始于20世纪中叶。早期尝试是使用硬质聚合物材料制造瓣膜，如聚乙烯和聚四氟乙烯。这些瓣膜虽然具有一定的耐久性，但由于缺乏生物相容性，在长期内表现不佳。
第一代生物活性瓣膜（1960年代-1970年代）：随着对生物相容性的关注增加，科学家们开始研究如何将天然或合成材料与生物材料结合，以减少瓣膜血栓形成的风险。第一代生物活性瓣膜使用动物组织（如猪瓣膜）或动物源的材料（如二尖瓣的牛心脏膜）制作，这些瓣膜具有较好的生物相容性。
生物活性聚合物瓣膜（1980年代-1990年代）：这个时期见证了高分子材料的进一步改进。科学家开始将高分子聚合物与生物活性物质（如药物或细胞）组合，以提高瓣膜的生物相容性和性能，减少血栓形成的风险。
机械式高分子瓣膜（1970年代至今）：机械式高分子瓣膜的设计和制造得到改进。这些瓣膜由坚固的高分子材料制成，如聚碳酸酯或聚乙烯，具有较长的耐用性，但需要患者终身服用抗凝药物以防止血栓形成。
现代工程化和个性化制备（2000年代至今）：随着材料科学和工程技术的进步，高分子心脏瓣膜的制备变得更加精确和工程化。现代的高分子心脏瓣膜可以根据患者的具体需要进行设计和制造，以适应不同的解剖结构和生理要求，包括使用3D打印技术和计算机辅助设计来创建定制的瓣膜。
（来源：Int J Mol Sci. 2023 ）
上图为近十年用于外科心脏瓣膜置换术的聚合物瓣膜和用于经导管瓣膜置换术的聚合物瓣膜。在过去十年中，众多研究报告了在开发理想聚合物心脏瓣膜方面的经验。然而，它们大都集中于描述聚合物心脏瓣膜的设计，对聚合物心脏瓣膜的要求和聚合物特性研究不足，限制了心脏瓣膜假体的发展。
此外，对生物材料进行临床前评估的方法不多，对血液与生物材料相互作用的理解不足，也在很长一段时间内阻碍了这一领域的进展。现代聚合物制造和改性方法的成功，以及纳米技术的发展，促进了具有独特性能的生物材料出现，为高分子心脏瓣膜的发展奠定了基础，有助于提供更有效和个性化的治疗选择。
3、高分子心脏瓣膜的市场规模
《中国心血管健康与疾病报告2022概要》显示，中国约有2500万例瓣膜性心脏病患者。在中国65岁以上人群中，心脏瓣膜疾病的发生也越来越普遍，预计随着人口老龄化趋势的增加，瓣膜疾病的发病率将逐年上升。
据国家经导管瓣膜治疗数据库（NTVCR数据库）统计，我国接受经导管主动脉瓣置换术治疗的患者集中在60岁以上，分布最多的年龄段为70-79岁。但从实际情况来看，我国心脏病瓣膜行业的治疗需求还未得到满足。
根据《2021年中国心外科手术和体外循环数据白皮书》报告，2021年我国开展的心脏瓣膜手术仅77,077例；根据NTVCR数据库的统计，同年开展的TAVR数量为7319例（仅大陆地区）。
从临床上看，我国经导管二尖瓣介入治疗市场预计将从2021年的人民币3900万元增加至2025年的人民币17.35亿元，2021年至2025年的复合年增长率为156.8%，2030年的经导管二尖瓣介入治疗市场预计将达到人民币89.43亿元。此外，预计2025年中国经导管三尖瓣介入治疗市场规模将达8.5亿元，2023年至2025年的复合年增长率为215.2%，于2030年将达到人民币203.1亿元。
（2018-2030中国经导管二尖瓣介入市场规模/百万人民币）（来源：弗若斯特沙利文）
（2018-2030中国经导管三尖瓣介入市场规模/百万人民币）（来源：弗若斯特沙利文）
由此可见，国内心脏瓣膜的市场空间较大，预计未来随着经济和卫生条件的改善，国民健康意识的提高，心脏瓣膜的渗透率也会提升，我国瓣膜行业有很大的发展前景。
由于动物心包组织的生产成本高，且需要手工缝合（爱德华、美敦力均为手工缝合）。随着高分子材料的应用，具备高分子瓣膜制备能力的TAVR公司可能会成为行业翘楚。目前研发高分子TAVR的国内代表企业包括沛嘉医疗、心锐医疗、以心医疗，心岭迈德，国外包括Flodax、Strait Access Technology。
心岭迈德已完成首例国产高分子外科瓣膜动物实验。心锐医疗同步研发了高分子外科主动脉瓣、二尖瓣以及介入主动脉瓣。以心医疗自主研发的高分子经股主动脉瓣置换系统已于2022年7月完成首例临床。
（来源：各公司官网）
4、高分子心脏瓣膜的主要玩家
（一）Flodax
Foldax是一家位于犹他州盐湖城的创新型医疗器械公司，是聚合物瓣膜领域的先驱，其设计开发的Tria heart valves平台是全球第一批聚合物心脏瓣膜平台，该平台技术可应用于主动脉、二尖瓣和三尖瓣疾病的瓣膜置换。Foldax的宗旨是通过新材料，设计和制造技术，扩大患者使用范围，提高产品性能并降低成本，从而改变结构心脏市场。
2023年5月11日，Foldax宣布已与澳大利亚国家科学机构CSIRO签署协议，获得聚合物技术专利系列的全部所有权。Foldax已将该聚合物技术整合到LifePolymer材料平台中，并进行了测试，结果表明该材料与血液兼容，蛋白质、细胞和钙化的附着力较低。LifePolymer材料的这一特点使其与人体具有高度的生物相容性，而且更加耐用，这可能是某些医疗设备的理想选择。
（Tria心脏瓣膜）（来源：公司官网）
Tria采用Foldax开发的革命性聚合物材料----LifePolymer，Lifepolymer不仅具有类似的生物瓣膜性能，而且部分性能优于生物瓣膜，如优异组织相容性、优异机械性能、长期使用寿命。该瓣膜包括一个带瓣膜的自扩张镍钛合金框架和一个10毫米的密封套。
Tria心脏瓣膜已经进行了体内研究，该装置通过 CPB 植入主动脉位置，通过升主动脉输送瓣膜，并对其进行定位以评估瓣膜在体内的有效性。结果显示其具有良好的可输送性和血液动力学，30天后没有表面纤维蛋白、血栓或纤维化，袖口愈合良好，90天后瓣叶干净。
目前，Tria正在进行更大规模的临床研究。此外，Foldax公司的二尖瓣手术瓣膜和经导管主动脉瓣置换术（TAVR）也将陆续进入临床阶段。
（二）Strait Access Technologies（SAT）
Straight Access Technologies（SAT）是南非开普敦大学的衍生初创公司，专注于开发治疗心脏瓣膜疾病的创新技术，针对年轻风湿性心脏病患者的复杂要求提供突破性解决方案。SAT的新型心脏瓣膜是一款球扩聚合物瓣膜，由荷兰帝斯曼（DSM）研发的CarboSil热塑性有机硅-聚碳酸酯-聚氨酯（TSPCU）的聚合物材料制成。
（SAT Polymer Valve心脏瓣膜）（来源：开普敦大学官网）
SAT Polymer Valve中空球囊中放置瓣膜假体，允许血液自由流动，无需快速起搏，可通过触觉反馈确认手术过程中的定位是否理想，并且允许批量化、自动化生产。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。
（三）Novostia
Novostia是一家私营医疗器械公司，于2017年在瑞士成立，专注于心血管设备开发。该公司致力于改善患有主动脉瓣和二尖瓣病患者的生活质量，同时降低整体医疗成本。Novostia拥有多项技术专利，在流体力学、先进生物材料、高精度制造和医疗实验室研究方面处于行业领先地位。
（Triflo valve心脏瓣膜）（来源：Novostia）
Novostia推出一款无需终身抗凝的机械瓣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劳性，能够承受高心动周期。该瓣膜能够防止传统机械阀导致血栓的血液流动诱导机制，同时延续机械瓣长期有效的使用寿命。
5、结语
国内外对于聚合物瓣膜的研究大多处于临床前研究阶段，鲜有商品化转变。作为瓣膜市场的前沿探索方向，高分子瓣膜不仅具备耐久性和生物兼容性，而且制造过程不需手工缝制，采用激光进行裁剪封边，生产成本有望降低。随着国内心脏瓣膜置换及修复市场不断扩容，高分子瓣膜有望成为下一个掘金高地。
