重癥心力衰竭被稱為“心臟病里的癌癥”，唯一有效的救治方法就是心臟移植。但因?yàn)樾呐K供體極其有限，因此心臟移植不能成為惠及大眾的醫(yī)療手段。正是基于這樣的剛性需求，科學(xué)家們?cè)谶^去幾十年里，一直在努力研發(fā)“人工心臟”。

BiVACOR，被認(rèn)為是除了Syncardia及Carmat之外又一家極具潛力的人工心臟設(shè)備公司。公司研發(fā)了首款“磁懸浮”全人工心臟。其產(chǎn)品相比于傳統(tǒng)的人工心臟，擁有多項(xiàng)首次技術(shù)，例如首個(gè)不包括氣動(dòng)、機(jī)械泵和一系列促進(jìn)血液流動(dòng)的腔室的人工心臟。

5月20日，BiVACOR宣布完成了由Cormorant Asset Management和One Ventures牽頭的1900萬美元B輪融資。此外，BiVACOR還獲得了美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的300萬美元小型企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）資助。公司表示，這些投資將為公司的臨床前驗(yàn)證活動(dòng)以及主要團(tuán)隊(duì)成員的補(bǔ)充提供資金，以支持其研究。

人工心臟的藍(lán)海

心力衰竭是一種可怕的疾病，因?yàn)闆]有有效的治療技術(shù)，一旦確診心衰即意味著死亡。即使能夠通過現(xiàn)有治療技術(shù)可能緩解病情惡化，但是也無力避免心力衰竭引發(fā)的死亡。對(duì)于重癥心力衰竭的患者而言，他們能夠活下來的唯一方法就是心臟移植。

但全球心衰患者數(shù)以千萬計(jì)，其中僅在美國和歐洲有1100萬人，每年新發(fā)病例110萬；我國心力衰竭患者數(shù)量每年也在以新發(fā)病例50萬例的速度增加。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年，心衰的發(fā)病率將增加25％。

而全球的心臟供體極其有限，據(jù)了解，全球每年只有4000個(gè)心臟供體，而終末期心衰患者卻越來越多，心臟移植遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能成為惠及大眾的醫(yī)療手段。基于這樣的剛性需求，在過去幾十年里，人類一直在努力研發(fā)“人工心臟”。

事實(shí)上，人工心臟的起點(diǎn)可能比我們預(yù)想中要早不少。1982 年 12 月，一位名叫克拉克的心臟病患者就被植入了歷史上第一顆人工心臟 Jarvik 7，并成功生存了 112 天。這意味著依靠完全人造的機(jī)器來模擬心臟機(jī)能成為可能。這對(duì)于人類來說是一個(gè)巨大醫(yī)療進(jìn)步。

40年后的今天，已經(jīng)有上千例心力衰竭晚期患者，在依靠人工心臟維持生命。數(shù)據(jù)顯示，2006年6月至今，北美地區(qū)已有近3萬例患者接受人工心臟植入。自2013年起，當(dāng)?shù)孛磕曛踩肴斯ば呐K的患者超過2500名，已超過心臟移植患者數(shù)量。在患者生存時(shí)間方面，人工心臟植入不輸心臟移植。國際主流品牌第三代人工心臟Heart mate 3的隨訪數(shù)據(jù)顯示，患者2年生存率為79％，與心臟移植的80％非常接近。

根據(jù)美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的數(shù)據(jù)，美國有十萬名患者可以立即從心室輔助裝置（VAD）或全人工心臟（TAH）中獲益，歐洲市場(chǎng)的規(guī)模也差不多。這是一個(gè)巨大市場(chǎng)，且未被滿足。

入局人工心臟研發(fā)

在工程學(xué)的角度看來，人的心臟是一個(gè)奇跡。在普通成年人的胸腔內(nèi)，心臟每天會(huì)跳動(dòng)約10萬次。人體的血液能上至大腦，下至手指和腳趾，“幕后功臣”正是水泵一樣作用的心臟及富有彈性的動(dòng)脈血管。心臟有四個(gè)腔，每側(cè)各一個(gè)心房和一個(gè)心室，用來泵血液遍及全身。

自然界如此巧奪天工的設(shè)計(jì)讓工程師們羨慕不已。自上世紀(jì)50年代開始，無數(shù)科學(xué)家一直在嘗試研發(fā)人造心臟，但結(jié)果總是差強(qiáng)人意。在 2021 年之前，全世界僅有總部位于美國亞利桑那州的Syncardia 這一家公司通過了美國、加拿大和歐洲監(jiān)管部門批準(zhǔn)，并在三地開展人工心臟的商用。

此后，法國醫(yī)療設(shè)備公司 Carmat旗下的人工心臟產(chǎn)品獲得歐洲監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，并宣布將會(huì)在2021 年第二季度登陸市場(chǎng)。

BiVACOR作為除這兩家之外的人工心臟設(shè)備研發(fā)公司也備受注目。位于得克薩斯州休斯頓的BiVACOR由丹尼爾·提姆斯、約翰·弗雷澤、威廉·科恩于2008年聯(lián)合創(chuàng)立。

事實(shí)上，早在2001年，丹尼爾·提姆斯在昆士蘭科技大學(xué)攻讀博士的時(shí)候，就在家里的車庫中產(chǎn)生了研發(fā)人造心臟裝置的想法。

提姆斯首先在他的家鄉(xiāng)澳大利亞開始了這個(gè)項(xiàng)目，其開發(fā)團(tuán)隊(duì)與德國、日本和美國的研究者進(jìn)行了合作。公司作為學(xué)生項(xiàng)目獲得了昆士蘭科技大學(xué)的大力支持，并逐漸成為一家全球公認(rèn)的公司。

2016年，BiVACOR獲得了昆士蘭科技大學(xué)的點(diǎn)燃創(chuàng)意基金。利用這筆資金，提姆斯的團(tuán)隊(duì)可以開發(fā)一個(gè)患者控制器原型，用于婦女和兒童旋轉(zhuǎn)總?cè)斯ば呐K的脈動(dòng)操作。

2018年，BiVACOR從昆士蘭州生物醫(yī)學(xué)援助基金獲得資金。借此，提姆斯團(tuán)隊(duì)著手開發(fā)為該設(shè)備提供動(dòng)力的雙疫苗完全人工心臟前科控制器。

在項(xiàng)目的不同階段，為了能充分利用全球合作者的專業(yè)資源，BiVACOR開發(fā)團(tuán)隊(duì)在全球各地都分設(shè)了實(shí)驗(yàn)室。

多年來，BiVACOR磁懸浮心臟的核心理念基本不變，但其產(chǎn)品經(jīng)歷了多次更新迭代。2019年，該裝置已經(jīng)完成動(dòng)物試驗(yàn)，準(zhǔn)備進(jìn)行人體試驗(yàn)。

同年，BiVACOR與美國宇航局約翰遜航天中心達(dá)成合作。雙方將利用美國宇航局在概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（PRA）方面的專業(yè)知識(shí)，在工作范圍內(nèi)允許NASA初步向BiVACOR提供技術(shù)支持，幫助BiVACOR評(píng)估必須在極端環(huán)境中運(yùn)行的醫(yī)療部件的風(fēng)險(xiǎn)。

目前，BiVACOR團(tuán)隊(duì)總部設(shè)在美國（洛杉磯和休斯敦）和澳大利亞（墨爾本和布里斯班），并專注于將實(shí)驗(yàn)原型轉(zhuǎn)變?yōu)樯虡I(yè)產(chǎn)品。

成功研制首款“磁懸浮”人工心臟

BiVACOR全人工心臟（TAH）是針對(duì)嚴(yán)重雙心室心力衰竭患者的首個(gè)長期療法。BiVACOR設(shè)備是基于旋轉(zhuǎn)血泵技術(shù)的可植入全人工心臟。它的大小與成人拳頭相似，質(zhì)量?jī)H有512克（稍微比成人心臟重），足夠小，可以植入許多婦女和一些兒童中，但仍能夠?yàn)檎�在鍛煉的成年男性提供足夠的心輸出量�?/p>

BiVACOR TAH的最大創(chuàng)新設(shè)計(jì)在于利用馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)盤的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，能同時(shí)將血液泵送至全身。設(shè)計(jì)使用磁懸�。∕AGLEV）技術(shù)，旋轉(zhuǎn)盤完全懸浮在磁場(chǎng)中，其原理類似于磁懸浮列車的磁懸浮行駛方式，并且可通過差動(dòng)流體輸出對(duì)循環(huán)的控制進(jìn)行微調(diào)。

BiVACOR TAH安裝在旋轉(zhuǎn)輪轂兩側(cè)的左右葉輪葉片使產(chǎn)品能夠同時(shí)支撐心臟的左右心室，其中較大的裝置壓強(qiáng)較大，可將血液泵送到整個(gè)身體，較小的裝置壓強(qiáng)較小，用于將血液泵送到肺部。即使沒有閥或彎曲的心室腔室，也可以通過快速調(diào)整葉輪的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)性流出。每一側(cè)都可以做到每分鐘泵送超過15L的血液，能夠滿足想要進(jìn)行適量運(yùn)動(dòng)的病人需求。

另外，BiVACOR TAH非接觸式懸架可提供較大的血間隙，從而最大程度地減少血液創(chuàng)傷并消除機(jī)械磨損，從而提供持久，可靠且生物相容的心臟替代物。

BiVACOR TAH除了“磁懸浮”技術(shù)外，還有一個(gè)非常重要的流量平衡系統(tǒng)，這使得BiVACOR TAH可以動(dòng)態(tài)適應(yīng)患者生理狀況的任何變化。

與其他全人工心臟相比，BiVACOR TAH由3D打印的鈦泵，具有優(yōu)異生物相容性。而起泵體內(nèi)的特殊大間隙可減少血細(xì)胞損傷和凝血風(fēng)險(xiǎn)。

BiVACOR TAH由于采用“磁懸浮”技術(shù)，避免內(nèi)部零件的摩擦或機(jī)械磨損，使其具有更長使用壽命，至少有10年。而目前已上市的人工心臟，更多是作為下次心臟移植的過渡，而非真正替代心臟，使用壽命并不長。

2019年，BiVACOR TAH完成一項(xiàng)短期動(dòng)物試驗(yàn)，在母牛體內(nèi)植入90天，母牛不僅保持健康，而且能夠正常運(yùn)動(dòng)并繼續(xù)以正常速度增重。甚至可以慢跑半個(gè)小時(shí)。

但截至目前，BiVACOR TAH還未真正進(jìn)行人體試驗(yàn)。公司表示，此次BiVACOR總價(jià)值2200萬美元的融資將用于繼續(xù)測(cè)試BiVACOR的設(shè)備，并進(jìn)一步擴(kuò)充公司的勞動(dòng)力，開展臺(tái)式和臨床前驗(yàn)證活動(dòng)，積極準(zhǔn)備第一次人體試驗(yàn)。

世界上最小的全磁懸浮式人工心臟

2015年，蘇州同心醫(yī)療器械有限公司經(jīng)過10余年的努力，自主研制出了世界上最小的第三代全磁懸浮式人工心臟，人工心臟重量不到180克，大小和乒乓球差不多，重量與手機(jī)相當(dāng)。目前，全磁懸浮人工心臟在北京阜外醫(yī)院、武漢協(xié)和醫(yī)院，已完成臨床試驗(yàn)25例，有兩例沒有獲得成功。

這顆具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全磁懸浮人工心臟，盡管獲得了國際國內(nèi)同行的高度認(rèn)可，但目前只能通過臨床試驗(yàn)以及人道主義豁免形式，在少量病人身上得到應(yīng)用。

因?yàn)榉N種原因，全磁懸浮人工心臟的上市遙遙無期，但國內(nèi)已有上市銷售的人工心臟。2020年11月，四川省人民醫(yī)院順利為一名終末期心力衰竭患者實(shí)施了全國首例正式上市人工心臟植入手術(shù)。這顆人工心臟是中日合資研制生產(chǎn)的“永仁心”人工心臟，也是目前唯一一個(gè)獲得國家藥品監(jiān)督管理總局批準(zhǔn)，進(jìn)入臨床運(yùn)用的人工心臟產(chǎn)品。

2021年1月，蘇州另一家人工心臟研發(fā)公司“心擎醫(yī)療”完成超億元B輪融資，致力于中短期生命支持領(lǐng)域的醫(yī)療器械研發(fā)。心擎醫(yī)療曾僅花費(fèi)三年，便將全磁懸浮體外人工心臟推向臨床，并在2019年于意大利舉行的國際機(jī)械循環(huán)輔助協(xié)會(huì)（ISMCS）上發(fā)布了其優(yōu)異的性能及血液相容性，獲得國際專家肯定。

不論是國內(nèi)還是國際，對(duì)于研發(fā)公司及患者而言，人工心臟的研發(fā)還有漫長的路要走。不僅僅涉及研發(fā)技術(shù)尖端高難度，還涉及到人工心臟進(jìn)入臨床運(yùn)用的諸多問題。心衰是心血管板塊少有的超百億市場(chǎng)空間的廣闊賽道，隨著人口老齡化以及心血管基礎(chǔ)疾病病程的延長，心衰器械治療市場(chǎng)的拐點(diǎn)臨近。但心臟領(lǐng)域醫(yī)療器械風(fēng)險(xiǎn)高、難度大、標(biāo)準(zhǔn)及要求嚴(yán)格，在全球范圍內(nèi)都屬于高難度的創(chuàng)新。我們還需要更多時(shí)間與經(jīng)驗(yàn)。

作者：張宜穎