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瓣膜疾病阻挡人类长寿梦,创新治疗器械如何打破诅咒?

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编者按:近两年,二尖瓣领域持续火热。在一级市场,二尖瓣领域出现估值疯涨,项目争抢的现象。在二级市场,二尖瓣介入治疗领域吸金超40亿元。
  近期,葛均波院士发表了《瓣膜疾病是人类长寿必须跨越的一道坎》,阐明了瓣膜疾病与人类长寿的关系,并指出微创介入治疗是治疗瓣膜疾病的必然之路。

  在葛均波院士文章的基础上,对二尖瓣领域进行了梳理,盘点了其中国内领先企业及产品,以飨读者。

葛均波院士:瓣膜疾病是人类长寿必须跨越的一道坎

  随着经济生活水平和医疗技术的提高,人类的平均寿命不断提高。以我国为例,1949年平均预期寿命仅为35岁,而2018年人均预期寿命达到了77岁。

  随着人类寿命提高,老年性疾病已成为制约人类寿命延长的最主要因素。在众多老年性疾病中,心脏瓣膜病发病率高,对健康影响大,将成为制约人类寿命进一步延长的主要疾病之一。本文对心率、瓣膜病对人类健康及寿命的影响进行剖析。

  一、心率与动物寿命

  在50多年前,科学家就发现了在动物界,心率与寿命息息相关。例如人们发现,一种叫格拉帕哥斯的乌龟寿命可长达177年,它的每分钟心跳仅为6次;老鼠心率达400-500次,寿命只有1-2年。
  1997年,Levine HJ教授对这一现象做出详细总结,绘制了一张被广为引用的图(图1,J Am Coll Cardiol 1997;30:1104–6)。心率越高的动物,寿命越短,两者成反比关系,两者乘积为常数。哺乳动物的一生的心跳累积约为8亿次(7.3±5.6亿次)。

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图1哺乳动物心率与寿命的关系

  然而,由于进化关系,人类已摆脱图1中的一曲线,一生累积的总心跳约为30亿次。在相同心率情况下,人的寿命远比动物长。心率与寿命之间关系还被实验所证实。有人给小鼠喂养地高辛,使其静息下心率下降50%,结果小鼠寿命增加了20%(Johns Hopkins Med J.1971;128:169–193)。
  这些现象的确切原因尚未完全阐明,但一般理论认为是和机体代谢有关:哺乳动物恒温的保持,依赖于代谢率,小动物的体表面积/体重比值大,需要更高代谢率来维持;代谢率高者,心率也需快,才可提供足够热量运输;同时,代谢率高者,细胞分裂也会加快,氧化应激也增加;而细胞分裂越快,机体衰老得越快,越容易出现故障(例如分裂出肿瘤细胞),所以寿命也越短(Cardiology 2015;132:199–212)。这样就会表现出心率与寿命负相关的表象。
  然而葛均波院士认为,除此可能机制之外,心血管疾病也可能是影响寿命的重要原因。研究显示,心率对心血管影响是多方位的,心率过快可引起心肌灌注减少、心肌耗氧量增加、心血管动脉系统内皮损伤及血管僵硬(Scand J Clin Lab Invest.2019;79:108-116)。
  来自于美国、德国、以色列、日本等多个国家的研究分别显示,在健康人群中,静息下心率与人群的全因死亡和心血管死亡均相关(Am J Cardiol,2009,103:279–283;Clin Res Cardiol,2016,105:601–612;Eur Heart J,2000,21:116–124;J Clin Epidemiol.2001,54:495–500)。

  而在本来有心血管疾病(冠心病、心衰)人群,心率与死亡率正相关的结论已被反复验证和医生所熟知。葛均波院士认为,随着人类寿命延长,与心率相关的心脏瓣膜病,也将成为影响人类寿命的重要因素。

  二、心血管疾病与人类寿命

  世界卫生组织(WHO)多次研究显示,心脑血管是全球死因第一位,占到所有死亡人数的1/3。其中,心脏病在过去20年里一直是“头号杀手”,目前死于心脏病的人数占全部死亡人数的16%。
  在过去,冠心病和高血压等两种疾病一直受到重视,他们也被列为第一和第二重要心血管的疾病。随着人口老龄化,老年性心脏瓣膜病也开始受到重视,西方学者提出瓣膜病已成为第三重要的心血管疾病,比房颤、心肌病、心衰及老年心电传导退化都常见(Med Clin North Am.2006;90(5):849-62)。
  一项研究显示,在大于75岁的人群中,心脏瓣膜病的发病率为13.2%(Lancet 2006;368:1005–11)。在80-89岁的人群中,主动脉瓣狭窄发病率为9.8%(Heart 2013;99:396–400)。Framingham研究显示,在一组70-83岁人群,二尖瓣反流(中度以上)发病率为11.1%(Am J Cardiol.1999;83(6):897-902)。心脏瓣膜病的发病率与年龄明显正相关,65岁以后,急剧上升

图2心脏瓣膜病发病率与年龄关系

  综合目前文献研究结果,葛均波院士估测,在80岁以上的人群,心脏瓣膜病的发病率至少20%。其中二尖瓣反流为最常见的疾病,主动脉瓣狭窄次之(前者约为后者3-4倍)。由于瓣膜病对健康和寿命的影响较大。随着人类寿命的延长,越来越多人寿命超过80岁,心脏病瓣膜病也将成为影响人类寿命延长的重要因素。

  实际上,我们对于动物年老死亡的原因还缺乏了解,因为我们没有动机和环境对动物进行大样本的详细医学观察研究。饲养宠物使得我们能够对动物进行足够详细医学研究。我们惊奇的发现,小型老年犬,瓣膜病发病率(二尖瓣反流)发病率高达30%以上,成为其年老死亡主要原因之一。因此,瓣膜病也可能是动物年老死亡的主要原因之一。

  三、心跳次数与瓣膜病

  心脏瓣膜指心房与心室之间或心室与动脉间的膜片组织,它相当于一个单向阀门在开放时允许血流向前流动,在关闭时阻止血液回流。心脏瓣膜在每次关闭时,均受到血液的撞击应力,而且这个撞击力并非很小(压强在8-18Kpa)。人类心脏一天大约收缩10万次,心脏瓣膜就受到10万次的撞击。
  从力学疲劳损耗角度来讲,这是相对惊人的(滴水都可以穿石),对心脏瓣膜要求是相当高的。因此,心脏瓣膜置换所用人工机械瓣采用的材料为超级耐磨的热解碳,且也是有使用寿命的;而人工生物瓣膜的使用寿命则更短,一般在10-15年。在生物瓣膜体外性能评估中,耐疲劳测试是至关重要。一般,2亿次的体外模型瓣膜开关模拟测试(模拟心跳2亿次),代表该瓣膜能用5年,4亿次则代表能用10年。
  为什么生物瓣只能耐受4-5亿次心跳,而正常人体瓣膜能多数能耐受25亿次以上的心跳。这是因为生物瓣膜是去细胞的没有活性的纤维组织,而正常人体瓣膜含有内皮细胞及间充质细胞,这两种细胞可以使得人体瓣膜组织具有再生和修复能力。然而,随着机体的衰老,这两种细胞的活力将明显下降。人体自身瓣膜也很容易落入和生物瓣膜同样的命运,在日以继日的血流冲击下出现衰败。这种衰败如同生物瓣衰败一样,和累积心跳有关系。

  一项研究已经证实,主动脉瓣狭窄患者,瓣口狭窄进展速度和患者静息心率正相关。心率越快,狭窄进展得越快(Int J Cardiol.2016;204:149-51)。可以说,心脏瓣膜衰败(瓣膜病)是人类长寿必须跨越的一道坎。

  四、微创介入治疗为瓣膜病治疗必然之路

  冠心病和高血压这两种疾病被列为第一和第二重要心血管的疾病,这两种疾病可以通过药物治疗得以预防、控制和缓解。随着药物治疗进步,美国的冠心病发病率及死亡率早已开始在下降,迎来了心血管死亡率的拐点。
  而心脏瓣膜疾病是一种物理结构性改变,药物难以起到纠正作用,需要采用物理方式(如手术治疗)才能进行根本性纠治。此外,目前也尚无明确有效的药物可以预防瓣膜病。
  随着人口老龄化,整个人群中瓣膜病发病率正在逐渐增加。然而,传统外科手术需要在开胸、心脏停跳下手术,具有创伤大、风险高、恢复慢等缺点,并不太适合老年人。经导管瓣膜修复或者置换技术的出现,使得高龄老年心脏瓣膜的微创介入治疗成为了现实。近10余年来,这方面技术突飞猛进,已成为最热门的医学技术之一。例如,经导管二尖瓣微创治疗在2018-2019连续2年被克利夫兰医学中心列为十大医学创新方向之一,与癌症免疫治疗、AI医学治疗、基因组学预防等齐名。我们相信,经导管瓣膜介入治疗将使得人类跨越瓣膜衰败的这道坎,帮助人类实现长寿的梦想。

盘点:吸金超40亿元,

二尖瓣介入治疗市场前景广阔

  心脏瓣膜疾病是因心脏瓣膜狭窄或关闭不全导致的一种心脏病,其中包括主动脉瓣、二尖瓣、三尖瓣的狭窄与返流。
  资料显示,二尖瓣返流和主动脉瓣狭窄是心脏瓣膜疾病中最常见的类型,且二尖瓣返流患病率是主动脉瓣狭窄的3-4倍。也因此,二尖瓣器械市场规模将有望达到主动脉瓣市场的3-4倍。
  捍宇医疗招股书显示,2019年全球中重度二尖瓣反流的患病人数为9670万人,预计到2030年全球将有1.22亿患者。从微创介入手术量来看,2019年全球经导管二尖瓣修复手术台数为2.2万台,预计2030年将增至14.4万台。
  随着二尖瓣返流患者数量及相关手术量增长,经导管二尖瓣修复(TMVr)器械2019年全球市场规模为6.98亿美元,2030年将增至54.49亿美元。

经导管二尖瓣修复器械市场规模2015-2030

(经导管二尖瓣修复器械市场规模2015-2030)

  多种技术路径并行,两种入路方式可选

  二尖瓣领域庞大的市场潜力吸引了雅培、爱德华生命科学、美敦力、微创医疗、蓝帆医疗等一众医疗器械巨头,同时这个领域还有无数创业公司聚集。
  但是,在全球范围内仅有7款针对二尖瓣疾病的介入器械获批,其中6款为经导管二尖瓣修复产品,1款为经导管二尖瓣置换产品,且目前仅有雅培的MitraClip在中国获药监局批准,用于经导管二尖瓣修复。

(全球范围内7款针对二尖瓣疾病的获批介入器械)

  二尖瓣领域产品开发较难,同时上市产品也较少,主要是因为二尖瓣的结构和位置决定了介入产品开发存在更高难度,产品设计和开发也还有诸多难点需突破。
  二尖瓣经导管介入治疗按技术原理可以分为以下五类:经导管二尖瓣“缘对缘”修复术(TEER)、经导管二尖瓣环成形术、经导管二尖瓣人工腱索的植入、心室瓣环重构术、经导管二尖瓣置换(TMVR)。
  其中,缘对缘修复作为最成熟的技术,已在全球救治超10万患者,并取得良好的临床效果。
  针对二尖瓣疾病的微创介入治疗方式,另一个重点是入路方式,分为经皮入路及经心尖入路。经皮入路是指治疗器械通过股静脉进入二尖瓣;而经心尖入路是指治疗器械直接通过心脏进入二尖瓣。

  两种入路方式各有优势,对比来看,经皮入路侵害性相对较低,但对于医生的操作技术水平要求很高,同时在产品设计上对于输送系统的要求也更高。经心尖入路,缩短了手术入路,手术时间大大缩小,医生学习曲线短、医生操作更直接、稳定。
  需要注意的是,由于血管狭窄、间隔增厚或存在异物或左心房过小等因素导致难以弯曲传输系统,使得患者可能不适合经股静脉入路,此时经心尖治疗便为唯一方案。

(全球介入二尖瓣产品商业化情况)

  经盘点,捍宇医疗推出的ValveClamp是全球首个治疗二尖瓣返流的经心尖缘对缘修复器械。该产品采用了最成熟的缘对缘修复技术,且选择了经心尖入路方式,便于医生学习掌握、推广普及,并利于挽救更多二尖瓣返流患者。

  全球医疗器械巨头发力,国内初创企业逐渐突围

  经统计,二尖瓣反流被认为是继TAVR之后心血管介入最大的热点,也是目前被押注最多的赛道。2020年-2021年,二尖瓣介入治疗领域已经吸金超40亿元。其中,捍宇医疗、德晋医疗、纽脉医疗、健世科技等众多明星项目备受青睐,CPE、高瓴、红杉、弘晖、云锋基金等众多明星投资机构争相入局。

  二尖瓣参与者众多,即将迎来IPO热潮

  此外,捍宇医疗、纽脉医疗等企业已开启IPO进程,其中捍宇医疗即将通过聆讯。
  目前,国内二尖瓣市场的实力参与者可以分为三类:一类是以雅培、爱德华生命科学为代表的全球医疗器械巨头;第二类是专注于二尖瓣领域的初创企业,例如捍宇医疗、纽脉医疗;第三类是国内瓣膜领域的上市企业,例如微创心通、启明医疗、沛嘉医疗,这些企业在主动脉瓣领域已经取得商业化进展,正在布局二尖瓣领域。
  在刚刚起步的二尖瓣市场中,雅培和爱德华生命科学现阶段占据上风。雅培的MitraClip2008年上市,至今仍然是美国市场上唯一批准的经导管二尖瓣修复产品。MitraClip已成为雅培结构性心脏业务增长的主要动力。
  根据JP Morgan的数据,MitraClip在2019年带来了约6.9亿美元的销售额,到2020年应该会带来约6.7亿美元的收入。同时,雅培的整个结构性心脏业务在2019年实现了约14亿美元的收入。
  而专注于二尖瓣领域的初创企业基于技术积淀、执行力强、掌握国内主要临床专家资源,其临床进展同样迅速,有望发展为瓣膜领域极具竞争力的公司。例如,捍宇医疗推出了全球首个经心尖缘对缘修复器械,并于2021年3月完成临床试验,是目前中国研发进度最快的产品;纽脉医疗推出了亚洲首个经心尖二尖瓣置换系统,并于2021年2月宣布启动临床试验;德晋医疗研发了二尖瓣经心尖修复产品,于2018年5月进入探索性临床。
  总的来看,无论是产品差异化优势、推进速度,还是商业化情况,国内二尖瓣企业均有一定的竞争力。尤其是,与全球器械巨头相比,国内二尖瓣企业研发的多种差异化产品具备明显竞争力,有望在二尖瓣领域实现突围,并带动国产高端医疗器械的发展。

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