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醫(yī)械創(chuàng)新資訊
醫(yī)械創(chuàng)新資訊

一文了解|「以假亂真」的人工血管

日期:2023-08-11
瀏覽量:2518


心血管疾病是危害人類健康的常見疾病之一,其主要和輔助的治療手段為血管移植,由于自體血管來源有限,因此臨床上需要大量的人工血管作為移植替代物。實際上,目前人工血管在臨床中起到了不可或缺的作用,臨床上常采用人工血管對包括心血管疾病在內(nèi)的多種由于血管老化、病變或損傷造成的疾病進(jìn)行血管置換治療。
初識人工血管
人工血管是一種用于替代或修復(fù)受損或缺陷的血管的裝置或材料,它可以作為血管替代物或支架,用于恢復(fù)血液流動,并維持身體組織的供氧和養(yǎng)分供應(yīng)。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn),人工血管可以被分為以下幾類:
(一) 按照材料屬性分類
  • 合成材料血管:由人工合成材料制成,如聚乙烯、聚氨酯和聚丙烯等。這些材料具有一定的機械強度和耐久性,但生物相容性相對較差。
  • 生物降解材料血管:由可降解生物材料制成,如聚乳酸酯(PLA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)和生物陶瓷等。這些材料能夠在體內(nèi)逐漸降解,與組織相互作用,促進(jìn)血管再生和修復(fù)。
  • 生物材料血管:利用組織工程技術(shù)和細(xì)胞培養(yǎng)等方法,將生物材料與細(xì)胞或組織相結(jié)合,構(gòu)建出具有生物活性和生物相容性的人工血管。
(二)按照構(gòu)造分類
  • 管狀人工血管:具有圓柱形狀,類似自然血管的外觀和結(jié)構(gòu)。
  • 束狀人工血管:由一束纖維束或纖維編織而成,可以提供多個通道,用于支持血液流動。
  • 薄膜人工血管:由薄膜形態(tài)的材料制成,常用于修復(fù)小血管或用作血管修復(fù)的輔助材料。
(三)按照應(yīng)用領(lǐng)域分類
  • 冠狀動脈搭橋血管:用于冠狀動脈搭橋術(shù)中,替代冠狀動脈狹窄或閉塞的血管段。
  • 外周血管補充血管:用于修復(fù)外周血管病變或降支血管缺乏的情況。
  • 血液透析血管:用于透析患者的血液透析通路,如人工血管連接動靜脈。
人工血管的設(shè)計和特性需要滿足以下幾個方面的要求:

目前,采用滌綸、聚四氟乙烯、天然真絲等人造材料制備的大、中口徑人工血管已廣泛應(yīng)用于臨床,主要用于大血管置換術(shù)、血管旁路移植術(shù)、血液透析血管通路的建立等。小口徑人工血管可用于外周血管替換、動靜脈瘺建立以及心臟搭橋術(shù)等領(lǐng)域,臨床應(yīng)用范圍較廣。
人工血管的發(fā)展歷程
人工血管的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)初。以下是人工血管的主要里程碑和發(fā)展歷程:
  • 1906年:法國外科醫(yī)生Alexis Carrel成功實現(xiàn)了第一例血管吻合手術(shù),標(biāo)志著血管外科領(lǐng)域的重要進(jìn)展。這為后來人工血管的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
  • 1946年:利用合成材料,最早的人工血管——硅橡膠血管被開發(fā)和應(yīng)用。這種人工血管具有段狀結(jié)構(gòu),雖然有一定的持久性但缺乏真實血管的生物相容性和功能。
  • 1952年:美國外科醫(yī)生Charles Hufnagel首次使用革命性的Dacron合成纖維材料制造人工血管,并在狗體模型中進(jìn)行了實驗。這個材料具有良好的機械強度和相對較高的生物相容性,為現(xiàn)代人工血管的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
  • 1962年:進(jìn)行了第一例植入人體的Dacron人工血管的手術(shù)。這標(biāo)志著人工血管在實際醫(yī)療應(yīng)用中的重要突破。
  • 1986年:英國外科醫(yī)生Robert Langer和他的團(tuán)隊成功地用生物可降解的聚合物材料制作了最早的可降解血管。這種材料具有良好的生物相容性,并且可以在體內(nèi)被代謝和降解,使得后續(xù)的血管修復(fù)和再生成為可能。
  • 1996年:利用組織工程和細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù),首張人工血管草圖被制作出來。這是一種由活體人類細(xì)胞制作而成的人工血管,在動物實驗中顯示出較好的生物相容性和功能。
  • 近年來:隨著生物材料科學(xué)、生物制造技術(shù)和組織工程的發(fā)展,人工血管的研究正在不斷進(jìn)步。新的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計和生物因素的引入,使得人工血管的生物相容性、機械強度和生物活性方面有了顯著改進(jìn)。
總體而言,人工血管的發(fā)展歷程經(jīng)歷了從合成材料到生物可降解材料和生物材料的轉(zhuǎn)變。隨著生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,人工血管的設(shè)計和制備越來越貼近自然血管,為血管疾病的治療和替代提供了更好的選擇和方法。
人工血管的市場規(guī)模
近年來,隨著人們生活節(jié)奏加快,老齡化程度加劇,飲食習(xí)慣不健康,生活環(huán)境污染等影響,心腦血管疾病的患病率逐年上升,出現(xiàn)了越來越年輕化的發(fā)病趨勢。
根據(jù)《中國心腦血管健康與疾病報告(2022)》顯示,中國心腦血管病患病率及死亡率仍處于上升階段,推算心腦血管病現(xiàn)患人數(shù)3.3億,其中腦卒中患者1300萬,冠心病患者1100萬,肺原性心臟病患者500萬,心力衰竭患者890萬,風(fēng)濕性心臟病患者250萬,先天性心臟病患者200萬,下肢動脈疾病患者4530萬,高血壓患者2.45億。無論在農(nóng)村還是城市,心腦血管疾病作為健康的第一殺手,致殘率和致死率高,嚴(yán)重威脅著人們的健康和安全。
(來源:中國心腦血管健康與疾病報告(2022))

根據(jù)《2021-2025年人造血管行業(yè)市場深度調(diào)研及投資前景預(yù)測分析報告》顯示,全球范圍內(nèi),人造血管消費市場主要集中在北美、歐洲以及亞太地區(qū)。2020年,全球人造血管市場規(guī)模達(dá)到35.2億美元,隨著全球醫(yī)療水平提升,人造血管市場規(guī)模將進(jìn)一步增長,預(yù)計2026年將達(dá)到41.6億美元,未來市場發(fā)展空間廣闊。
人造血管行業(yè)準(zhǔn)進(jìn)入門檻較高,受此影響,全球人造血管市場集中度較高,在國際市場上,邁柯唯、泰爾茂等國外企業(yè)憑借技術(shù)、研發(fā)、品牌以及規(guī)模等優(yōu)勢占據(jù)全球人造血管市場主要份額。在國內(nèi)市場上,國外人造血管企業(yè)仍擁有較大競爭優(yōu)勢,國內(nèi)企業(yè)市占比較低,人造血管國產(chǎn)替代空間廣闊。
現(xiàn)階段,國產(chǎn)人工血管研發(fā)面臨高端材料技術(shù)壁壘的挑戰(zhàn)。國產(chǎn)聚四氟乙烯多為通用型,屬于中低端產(chǎn)品;而國產(chǎn)高端材料膨體聚四氟乙烯在產(chǎn)品質(zhì)量上與發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比仍有較大差距。采用膨體聚四氟乙烯制備的人工血管、醫(yī)用縫合線和人工心臟補片等產(chǎn)品,目前仍主要依賴進(jìn)口,價格較為昂貴。
按照口徑大小,人工血管被分為大、中、小三種規(guī)格,通??趶?0毫米以上稱為大口徑人工血管,口徑介于6毫米和10毫米之間稱為中等口徑,口徑小于6毫米稱為小口徑,如今臨床上應(yīng)用的主要為大、中口徑人工血管。在國內(nèi),領(lǐng)博生物、柔脈醫(yī)療、武漢楊森、海邁醫(yī)療等創(chuàng)新企業(yè)也已依托組織工程等技術(shù)布局小口徑人工血管。
(來源:東方財富網(wǎng))
其中,領(lǐng)博生物自主研發(fā)的生物型人工血管已于2022年8月完成首例臨床入組;柔脈醫(yī)療已研發(fā)出小口徑組織工程化人工血管與組織化電子血管;武漢楊森研發(fā)的小口徑人工血管已獲批進(jìn)入綠色通道,并進(jìn)入動物實驗階段;海邁醫(yī)療研發(fā)出了自體和同種異體脫細(xì)胞基質(zhì)小口徑人工血管。
?(來源:公司官網(wǎng))
人工血管主要玩家
(一)W. L. Gore and Associates
W. L. Gore & Associates,簡稱Gore,是一家全球性的科技企業(yè),成立于1958年,公司總部位于美國亞利桑那州的納瓦霍縣,在全球擁有多個分支機構(gòu)和辦事處。在醫(yī)療領(lǐng)域,Gore開發(fā)和制造多種醫(yī)療器械和產(chǎn)品,包括人工血管、心臟血管修復(fù)和替代產(chǎn)品、膜材料和縫線等。旗下的人工血管產(chǎn)品被廣泛用于心血管和外周動脈手術(shù),為患者提供血管修復(fù)和替代的解決方案。
GORE-TEX人工血管作為血管修補物以替代或設(shè)置病變血管旁路、治療血管閉塞性或動脈瘤疾病、外傷、透析或用于其他血管手術(shù)。帶FEP環(huán)腋雙股GORE-TEX人工血管和帶FEP環(huán)腋雙股GORE-TEX彈性人工血管旨在用于恢復(fù)下肢血液供應(yīng)的旁路手術(shù)。
(二)Terumo
泰爾茂株式會社(Terumo Corporation)成立于1921年,總部位于日本東京,是醫(yī)療器械及醫(yī)藥制品的大型企業(yè)。旗下產(chǎn)品包括一次性醫(yī)用器械、輸血用具系列、醫(yī)藥品和營養(yǎng)藥系列、血管造影與治療導(dǎo)管、醫(yī)用電子產(chǎn)品系列、人工心肺產(chǎn)品系列等。泰尓茂于2002 年收購英國 Vascutek,開啟人造血管事業(yè)。
Vascutek的明膠密封ePTFE人造血管由膨體聚四氟乙烯制成,分為支撐型和非支撐型,僅在外表面使用可吸收性明膠密封。這種明膠與Vascutek密封聚酯人造血管上使用的明膠相同,已經(jīng)證實會在大約14天內(nèi)水解。外部支架的使用可避免人造血管打結(jié),非支撐型和完全支撐型人造血管可以拆卸,以便吻合。
(三)Maquet
Maquet(邁柯唯)成立于1838年,總部位于德國,是瑞典Getinge AB集團(tuán)旗下的子公司,主要有四大部門,分別是外科系統(tǒng)部、重癥系統(tǒng)部、心血管外科部、麻醉系統(tǒng)部。心血管外科部主要為醫(yī)院提供心臟外科、血管外科、體外循環(huán)以及心肺支持等設(shè)備以及一次性耗材。產(chǎn)品用于冠狀動脈搭橋(旁路)手術(shù)、心臟瓣膜修補手術(shù)、動脈血管瘤修補以及體外循環(huán)手術(shù)。?
Hemashield Platinum 雙絨編織人造血管由含有牛膠原和甘油的雙絨編織聚酯構(gòu)成,有直型、單分支或多分支移植配置,用于更換或修補患有動脈瘤或閉塞疾病的動脈。此外,該人工血管可以顯著減少腦循環(huán)停止時間,降低死亡風(fēng)險和神經(jīng)功能障礙等風(fēng)險。
(四)?C. R. Bard
C.R. Bard(巴德)成立于1907年,是一家醫(yī)療器械和技術(shù)公司,總部位于美國。?巴德公司及其附屬公司主要從事設(shè)計、制造、包裝、分銷及銷售醫(yī)療、外科、診斷和病人護(hù)理設(shè)備。公司的血管產(chǎn)品線包括多種人工血管選項,用于冠狀動脈疾病、外周動脈疾病和血液透析等治療。
Vascular graft人工血管由膨體聚四氟乙烯或表面襯碳層的膨體聚四氟乙烯制造而成,可用于血管假體、外周動脈血管的旁路或重建手術(shù),在血液通路手術(shù)中作為皮下動/靜脈導(dǎo)管。該產(chǎn)品內(nèi)移植物表面的碳涂層增加了ePTFE材料本身的負(fù)電位,有助于產(chǎn)生抗血栓形成表面,并帶有預(yù)制遠(yuǎn)端袖帶,提高了遠(yuǎn)端吻合的成功率。
(五)Artivion
Artivion于1984 年在佛羅里達(dá)州注冊成立,于1997年在紐約證券交易所上市,并于2022年將其注冊地址從佛羅里達(dá)州更改為特拉華州,是生產(chǎn),加工和分銷醫(yī)療器械和植入式人體組織的醫(yī)療技術(shù)企業(yè),專注于生物醫(yī)學(xué)技術(shù)和人工血管。該公司開發(fā)和制造用于心臟血管重建的人工血管和其他相關(guān)產(chǎn)品。
CryoValve是一種常用于主動脈瓣置換手術(shù)的人工血管產(chǎn)品,可以替代主動脈瓣,用于治療主動脈瓣疾病或瓣膜功能不全的患者。CryoValve主動脈人工血管由凍結(jié)保存的自體組織制成。當(dāng)患者需要主動脈瓣置換手術(shù)時,醫(yī)生會從患者的自體組織中獲取主動脈瓣。該瓣膜經(jīng)過冷凍保存,以保持其結(jié)構(gòu)和功能。然后,該瓣膜被植入到CryoValve人工血管中,形成一個可用于患者的合成血管瓣膜裝置。
(六)LeMaitre Vascular
Lemaitre Vascular是一家總部位于美國的醫(yī)療器械公司,于1983年成立,提供治療周圍性血管疾病的醫(yī)療設(shè)備和植入器械。公司專注于血管疾病和外科手術(shù)治療,提供多種類型的人工血管產(chǎn)品,包括合成材料和生物可降解材料制成的血管。
AlboGraft? Polyester血管移植物具有理想的柔軟性、密封性和可縫合性,允許牛皮膚膠原蛋白深入到移植物結(jié)構(gòu)的聚酯絲中。AlboGraft的針織和編織結(jié)構(gòu)使縫線能夠輕松穿過移植物壁,便于操作和植入,外部螺旋形設(shè)計提供了抗壓和抗扭能力,可在X線下觀察到旁路的走向。
結(jié)語
人造血管是我國《中國制造2025》和國家重點支持的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。近年來,隨著人口老齡化進(jìn)程加快,以及醫(yī)療水平提升,人造血管市場需求逐漸釋放,但受技術(shù)、資金以及研發(fā)實力限制,我國人造血管進(jìn)口依賴度較高,人造血管國產(chǎn)替代空間廣闊。未來隨著國內(nèi)企業(yè)研發(fā)實力增強,以及國家政策持續(xù)利好,人造血管國產(chǎn)化率將不斷提升。需要注意的是,盡管人工血管已經(jīng)在臨床得到廣泛應(yīng)用,但完全符合天然血管的功能和復(fù)雜結(jié)構(gòu)仍然是一個挑戰(zhàn)。因此,人工血管的研究仍在不斷進(jìn)行,以尋求更好的材料、設(shè)計和制備方法,以實現(xiàn)更好的臨床效果。

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