全球首創「可生長」的新型人工瓣膜,協和醫院為13歲患兒成功補心

2023年12月08日07:43:07 科學 1195

像盛開的花朵,像尊貴的王冠,這就是華中科技大學附屬協和醫院心臟大血管外科董念國教授團隊歷時24年,自主研發的全球首個新型細胞化瓣膜。該項技術賦予人工瓣膜再生修復能力,突破現有技術易形成血栓、易鈣化衰敗、使用壽命受限等世界性難題,被同行譽為「有生命力」的心臟之「門」。

12月7日,全球首位成功接受新型細胞化肺動脈瓣置換術的先心病患兒、13歲的玥玥回到協和醫院進行術後半年複查,心臟彩超顯示人工肺動脈瓣功能良好。

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董念國教授團隊自主研發的新型細胞化人工瓣膜。通訊員陳有為 攝

與其依賴進口

不如「自己來搞」

人的心臟有4個瓣膜,它們發揮著單向閥門的作用,阻止血液迴流。如果這扇門在打開和關閉的過程中出現問題,就會造成各種心臟瓣膜病。全球現有2億人患有心臟瓣膜病,患病人群隨年齡增長而增加,重症瓣膜病2年自然生存率僅50%,5年自然生存率僅20%,造成世界範圍內的重大疾病負擔。

目前,國際醫學界解決嚴重心臟瓣膜病的對策為人工瓣膜置換術。在我國心臟瓣膜置換手術量同樣呈持續增長。協和醫院當日提供的一組數據顯示,從2014年至2019年,我國手術量從6.05萬例上升到7.36萬例;預計到2025年,中國人工瓣膜的終端市場規模將達到61.8億元。

人工瓣膜主要有兩種,第一種是機械瓣膜,第二種是生物瓣膜。一直以來,我國臨床使用的人工瓣膜材料絕大多數依靠進口,費用高昂。董念國教授介紹說,在臨床使用中,不斷遇到生物瓣膜和機械瓣膜帶來的問題,前者因免疫反應而帶來鈣化、衰敗問題;後者雖然耐久性好、可長期使用,但患者需長年服用抗凝葯,從而帶來內臟出血的巨大風險。

「一方面是依賴進口,另一方面還存在這樣那樣的『痛點』,還不如我們自己來搞!」董念國教授回憶當年,道出團隊24年前致力於人工瓣膜研究的初心。

專註研發

「中國人自己的人工瓣膜」

1999年,董念國開始從事心臟瓣膜替代物研究,組建協和醫院心臟瓣膜研究室。

2003年,董念國團隊下定決心,要研發中國人自己的人工瓣膜。根據臨床需求和團隊優勢,明確了研發新型生物瓣膜的方向。

立項調研中,團隊首先對當時臨床使用的生物瓣膜存在的問題進行分析。傳統的生物瓣膜主要以豬的主動脈瓣為原材料,豬源組織的植入必然會引發人體強烈的排異反應。而使用戊二醛這一化學物質「殺死」原材料上面的活性細胞,其後果就是瓣膜會出現因鈣化導致的衰敗,使用壽命僅10~15年,很多患者不得不面臨第二次甚至第三次手術。

如何運用仿生學原理,讓人工瓣膜最大程度接近於天然?既然問題都出在細胞層面,能否就從研究細胞活性及其修復再生入手?反覆調研證明了設想的可行性。同年,團隊在國際首次提出「生物材料細胞化提高耐久性」新理論。

好比打「怪獸」,新型細胞化瓣膜的研究不斷發現問題、解決問題。同樣是以豬主動脈瓣為原料,團隊原創了蛋白溶解去細胞的方法,可以有效降低瓣膜材料的免疫原性,保留細胞外基質成分。團隊顛覆傳統的生物瓣製作工藝,建立新的生物化學交聯技術體系,從根本上破解戊二醛交聯引起鈣化的世界難題。

24年研究終結碩果,董念國團隊研發出首個新型細胞化人工瓣膜。經第三方權威機構進行生物學評價達到國家標準:「無細胞毒性、血液相容性高、無鈣化。」

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董念國教授團隊為先心患兒玥玥植入新型細胞化人工瓣膜。通訊員陳有為 攝

13歲先心患兒

「嘗鮮」全球首個細胞化肺動脈瓣

「新型細胞化瓣膜植入體內後,自體細胞會在瓣膜材料內部生長,具有組織重塑與修復能力,不易發生鈣化衰敗。」董念國教授表示,上萬次實驗得出的數據,以及初步的臨床應用,充分證實了新型瓣膜的良好效果。

心臟大血管外科尚小珂副主任醫師介紹說,研究充分考慮到血液流動所帶來的力學問題,新的瓣膜具有優良的生物力學性能,可以開閉自如,守好「閥門」。

12月7日,玥玥回醫院複查,董念國團隊前去探望,看到曾經「哭不出聲,口唇和手指發紫」的孩子,如今回歸健康快樂的童年,倍感欣慰。

玥玥的媽媽告訴長江日報記者,孩子1歲時被診斷出一種先天性心臟病——法洛四聯症,同年接受手術治療,但是肺動脈瓣膜病仍未解決。近年來孩子總是感覺到氣短、走不動路、吃不下飯。今年5月,家人送孩子到協和醫院心臟大血管外科,經檢查發現,她的肺動脈瓣重度反流,造成右心室擴大近一倍,右心功能不全,急需手術。

兒童瓣膜材料選擇少且無法生長,這是國際心血管領域半個世紀以來一直未解決的難題。董念國教授帶領團隊會診,考慮到玥玥年齡小,現有的生物瓣膜和機械瓣膜均不合適,經過病例探討與評估,在徵得家長的同意後,決定通過微創手術,為孩子進行新型細胞化肺動脈瓣的置換。

5月29日,心臟大血管外科、超聲科、麻醉科、手術室等多學科團隊聯合作戰。董念國教授通過一根細細的介入導絲將瓣膜送入玥玥的肺動脈。安裝完畢後,肺動脈瓣無反流,無瓣周漏,瓣膜置換過程僅用了5分鐘。

7日,記者在協和醫院看到玥玥用過的同款瓣膜,放在掌心上,好似一朵並蒂蓮。心臟大血管外科史嘉瑋教授介紹,瓣膜及其支撐材料本是緊緊的一束,到達瓣膜指定位置後會徐徐撐開,取代病變瓣膜,迅速「上崗」。根據不同手術方式的需要,團隊設計了多款用於不同瓣膜位置的人工瓣膜。自今年以來,協和醫院已經成功開展7例新型細胞化瓣膜置換術,均順利恢復出院。

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董念國教授帶領團隊查房,玥玥術後恢復良好。通訊員陳有為 攝

具備強大再生能力

有望與心臟「融為一體」

研發新型瓣膜是一個十分艱辛的過程。心臟大血管外科喬韡華副主任醫師作為青年專家,無數次被團隊薪火相傳的創新精神所打動。

他說:「我們既是醫生又是採購員,時常凌晨去屠宰場購買豬心臟作為瓣膜原材料,一買就是100多個。在大動物實驗期間,我們把植入豬體內約半年的瓣膜取出來,看到它組織結構與天然瓣膜非常接近時,那種欣喜無以言表。」

這一項目先後獲得國家自然科學基金、國家863計劃以及「十四五」國家重點研發計劃等國家專項經費資助。目前,新型細胞瓣膜研究已進入臨床試驗階段,團隊致力於將這個外來「植入者」,變成心臟家族的新成員。

董念國教授表示,新型細胞瓣膜保留了天然瓣膜的形態和三維空間結構,生物相容性較好,瓣膜表面保存了很多天然活性位點,較利於細胞黏附和生長,並且可生物降解,這些都預示著它離天然瓣膜「無限接近」。董念國教授說:「未來,人體細胞將在新瓣膜上生長,新瓣膜有望與心臟『融為一體』,從而達到終生使用的目的。」

(長江日報記者羅蘭 通訊員王繼亮 聶文聞 彭錦弦)

【編輯:王戎飛】

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