完全人工製造的心臟,離我們已經不遠

作者 | 發布日期 2017 年 01 月 04 日 22:08 | 分類 尖端科技 , 醫療科技 follow us in feedly

在工程學的角度看來,人的心臟是一個奇蹟。在成年人胸腔的心臟,心肌平均每天跳動近十萬次,主動脈泵血後,透過動脈向全身輸血,包括大腦分支及腳趾。



由於心臟複雜的生理結構,生物醫學工程師需要耗費漫長的時間來建造一個機械複製品,使用人工心臟來保持心臟衰竭患者良好地活下去。自 1950 年代以來,雄心勃勃的研究人員試圖建造人工心臟,但頻頻出現障礙。現在,四家公司認為他們找到了正確的技術,他們試圖證明這個技術。臨床試驗和動物試驗終於證明永久性人工心臟的可靠性,已準備於 2017 年應用於臨床。

目前,僅在美國約 570 萬人診斷為心臟衰竭,意味著他們的心臟將逐漸變得無法有效泵血。一些病情嚴重的患者加入了心臟移植手術的等待名單,但由於捐贈的心臟稀少,許多患者在等待中死亡。

來自美國亞利桑那州的 SynCardia 系統(見首圖)的人工心臟已經被美國監管部門批准為「移植橋梁」,現在該公司正在招募患者進行臨床試驗,將該設備做為永久替代品進行測試。SynCardia 公司 CEO Michael Garippa 說,這項試驗的範圍很小,只有 28 名患者。之前,已經有超過 1,600 個短時間安置人工心臟的患者證明 SynCardia 心臟是安全的。

Garippa 相信,基於設備簡單性的設計,SynCardia 心臟是耐用的。他說:「病人身體內沒有任何電子元件。」SynCardia 的心臟有兩個塑料腔室,來模仿心臟。每個塑料腔室被一層膜分為兩部分,一部分是具有空氣的心室,另一部分是具有血液的心房。具有 SynCardia 心臟的患者攜帶 6 千克的空氣壓縮機,壓縮機連接著穿過腹部的管道,將空氣輸送到兩個心室,透過推動它們的膜以推動另一側心房的血液泵出。壓縮機以每分鐘 120 次的穩定速率工作,但伴有響亮的聲音。「這雖然不是正常人的生活,但它的跳動方式比心臟衰竭患者以前的心臟跳動更強健。」Garippa 說。

雷鋒網配圖

▲ 圖片為具有 Syncardia 心臟的患者需要攜帶一個 6 公斤的箱子,箱子裡面是電池和驅動氣動泵的空氣壓縮機。

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▲ 圖為SynCardia 心臟保持跳動的過程:在 SynCardia 心臟裡,空氣推動膜運動,繼而推動另一側血液泵出。

法國一家名為 Carmat 的公司希望把人工心臟做得更好。「我們的系統非常安靜。」Carmat 的首席醫療負責人 Piet Jansen 說。Carmat 心臟像 SynCardia 的設備一樣,也有兩個人工腔室,透過膜片向外按壓泵血。Carmat 心臟使用植入泵,將液壓流體替代壓縮空氣來驅動膜片。雖然 Carmat 的心臟比 SynCardia 的設備更大、更重、更複雜,但它具有感應器能夠根據患者的運動水平來計算患者適合的心率,並透過微處理器來改變心率,Carmat 的設計師為這一項設計而感到自豪。電線需要從患者背部繞到頸部連接三公斤的電池組。

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▲ 圖為 Carmat 人工心臟,Carmat 人工心臟的操作原理與 Syncardia 設備類似,但是 Carmat 系統是使用液壓流體代替空氣泵輸送血液。

Carmat 的第一個可行性研究似乎是曲折的:四個病人中有兩個在三個月內死亡。行業分析師 Andrew Thompson 最近撰寫了一篇關於人工心臟的報告,他說這些患者極度虛弱,他們離世並不是設備的故障,是因為患者身體的原因。

歐洲監管機構已經批准了 Carmat 在今年 8 月推出的主要臨床試驗。監管機構一定會批准該公司接下來的實驗,Carmat 外科醫生預計於 2017 年底將其裝置植入約 20 名患者體內,並希望在 2018 年,其人工心臟能夠被認證為歐洲人的永久性替代裝置。

另外兩家公司尚未進入臨床試驗階段,這兩家公司採用的技術方法,專家認為更具有發展前景。兩家公司都拒絕使用膜來推動血液,而是使用具有旋轉功能的離心泵,透過扇形葉片的旋轉將血液推向前方,透過動脈運輸恆定的血流量。利用 Cleveland Clinic 開發的技術,Cleveland Heart 的人工心臟在 2015 年植入了兩隻小牛體內,進行了為期 90 天的試驗,小牛依舊健康地活著。在美國德州,一家名為 Bivacor 的公司目前正在與德州心臟研究所合作,在小牛體內進行 90 天的研究。兩家公司仍在調整他們的設計面向於人類進行試驗。

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▲ 圖為來自美國德州的 Bivacor 公司的人工心臟,被安置在小牛體內進行測試。

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▲ 圖為 Bivacor 心臟保持跳動的過程:Bivacor 心臟用安裝在共同輪圈上的兩個離心式葉輪推動血液,該輪圈透過磁懸浮保持懸浮狀態。

Gianluca Torregrossa 是一名心臟外科醫生,他已經植入了 SynCardia 設備,並記錄人工心臟研究的進展,他急切地觀察 Carmat 和 Bivacor 這兩家公司。Torregrossa 說,兩家公司「連續流動」的設計更加優良,如果兩家公司的設備移動零件更少的話,將有更好的未來。

當涉及臨床試驗時,所有的技術必須在非常艱難的情況下證明自己。SynCardia 公司的 Garippa 說:「醫生不希望將患者轉診到科學計畫,除非患者已經別無選擇。如果該技術適用於這些病重患者,那便可證明這是可靠的人工心臟。2017 年的試驗終於可以證明人類所創造的奇蹟,這是一項工程學奇蹟,而不是生物學奇蹟。」

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:SynCardia) 

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