高·见|人工血管行业准入门槛高,国内企业加速推进技术突破和国产替代

财富   2024-06-24 16:47   上海  

▲ 高特佳行业研究专刊《高·见》第十一期已正式发布,本期核心报告《银发经济孕育强劲动力,医疗健康多领域将迎来发展新机遇》深入解读银发经济10大重点赛道。



/ 高·见系列研究报告 /
人工血管行业准入门槛高
国内企业加速推进技术突破和国产替代



全文5000字,阅读时长10分钟

作者:吴亚囡|高级投资研究员‍‍‍‍




01

人工血管行业概述‍‍‍‍‍‍‍‍‍




人体动脉血管由内膜、中膜和外膜三层结构组成。不同口径和部位的血管,每层的厚度不同。内膜层:直接与血液接触,由附着于基底膜的结缔组织床上的内皮细胞构成。内皮细胞层可阻止凝血和补体因子的活化,并抑制白细胞和血小板的粘附。此外,还参与血管收缩扩张、生长和血管重塑的调节。中膜层:是血管壁的中间层,主要由平滑肌细胞(SMC)组成,还有弹性组织层和少量胶原蛋白。中膜层有助于血管抵抗由血流和腔内压力的生理脉动引起的重复扩张和收缩,主要承担了血管的机械强度和弹性的功能。外膜层:由疏松结缔组织组成,以成纤维细胞为主,当血管受损伤时,成纤维细胞具有修复外膜的能力。



人工血管是严重狭窄或闭塞性血管的替代品,主要用于主动脉疾病、外周动脉疾病及血液透析。其中,主动脉疾病是最大临床应用领域,占比61.68%。国内每年接受外科主动脉治疗的患者约有4~5万例,绝大部分需要植入人工血管。


按照口径大小,人工血管分为大、中、小三种规格,通常称10毫米以上的为大口径,介于6毫米和10毫米之间的为中等口径,小于6毫米的是小口径。大、中口径人工血管主要用于大血管置换术、血管旁路移植术、血液透析血管通道的建立。小口径人工血管可用于替换外周血管、心脏搭桥,还能用于建立动静脉瘘,临床应用面比较广泛。


来源:颐道投资笔记



02

常用材料及制备技术‍‍‍‍‍‍‍




2.1 人工血管的材料特性


人工血管长期放置于人体,因此需要具备极好的生物相容性。同时,还需要具有合适的孔隙率,为细胞的黏附、迁移和繁殖提供支持环境。最后,还需具有一定的力学性能和顺应性,来承受手术过程中的缝合拉力与生物体血压变化,并与天然血管相匹配。具体要求如下:



常用人工血管材料有三大类:合成聚合物、天然生物材料以及动物源脱细胞基质。涤纶、膨体聚四氟乙烯(ePTFE)等材料由于具有良好的孔洞结构及良好的血液相容性等特点,成为了人工血管的常见材料。常用的各类材料的优劣势分析如下:

(1)天然高分子材料:如胶原、明胶、海藻酸钠、壳聚糖等,一般具有无毒、亲水、细胞亲和性及生物相容性好等特点,但力学性能欠佳,需进行一定处理后方可满足人工血管的材料需求。

(2)合成高分子材料:涤纶、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯(PU)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)等先后被应用于人工血管的研发。具有来源可控、质量稳定性高、加工简单及机械性能好等优点,目前对这些传统高分子材料的研究与改良是热点方向之一。

(3)脱细胞基质材料:将同种或者异种来源的动物血管或肠系膜,通过酶处理、超声或离心技术处理成脱细胞基质后,制备成组织工程人工血管。


截至目前,大、中口径人工血管已应用于临床,并取得了较满意的效果。但还没有人工小口径血管上市,主要原因为这些材料的血液相容性及抗凝血性能不佳,当与血液接触后会不同程度的产生纤维蛋白和血小板沉积,由于小血管系统中血流速度慢、血压低,这些非降解材料无法支持内皮细胞的黏附和生长,人工血管植入体内后不能尽快内皮化,造成血管狭窄、栓塞发生,小口径人工血管的远期通畅率无法保证。因此,使用时存在血栓、内膜增生、感染等问题,临床表现不佳。

近年来,小口径人工血管的研究在国内外较为火热,有多家企业研发布局该领域,聚氨酯、PCL和PLGA等高分子材料,丝素蛋白和生物活性电纺膜等众多新型材料被纳入研究范围。对于提高人工血管的通畅率,研究者采用将胶原蛋白、生长因子(bFGF)、RGD多肽、ECM细胞外基质等生物大分子固定在血管材料表面,使得血管内皮细胞更易于在血管内壁黏附,更快完成内皮化,且对于血小板、血细胞的影响更小,抗凝效果显著提高。未来传统的不可吸收高分子人工血管或将退出历史舞台。

2.2 人工血管的制备技术

常用生产制备技术有生物涂层技术、静电纺丝技术和组织工程。

(1)生物涂层技术:在材料的表面链接小分子或者表面活性剂,通过改善血管内皮细胞在血管材料内壁的附着情况,增强抗血栓、抗凝血、提高长期血流通畅率。

(2)静电纺丝技术:静电纺丝技术具备设备简单、成本较低廉、可以灵活控制等优点,广泛用于血管支架材料的研究中。该技术是利用高压静电场作用,使材料溶液形成带电的喷射流,并在电场中被拉伸,最后接收形成无纺状态的纳米纤维层或者微米纤维层。这种纤维层具有与人体组织细胞外基质膜类似的结构,且具有高孔隙率等特点,有利于自体细胞的黏附、增殖,提高人工血管的生物相容性。

(3)组织工程:将种子细胞接种于天然或合成材料支架上,进而构建从形态到功能均与活体血管接近的组织工程化血管,在植入前进行脱细胞处理,避免免疫排斥问题。但目前的组织工程手段仍无法创建完全血管化的组织结构。

随着3D打印技术的出现,能够将细胞和支架用“分层制造、逐层叠加”的方法构建起来,精确地制造人工血管。该技术不仅能够实现所打印的支架材料形貌尺寸与患者病变部位的精确匹配,而且能调控支架材料的微观结构、孔径和孔隙率等,同时能够调控细胞的排布,促进细胞的成活增殖与分化,最终获得满意的组织或器官修复效果。


03

人工血管行业市场规模





根据《全球及中国人工血管行业研究及十四五规划分析报告》,2020年全球人工血管市场规模达到235亿元,预计2027年将达到318亿元。如今,临床上应用的主要为大、中口径人工血管,全球仍未有小口径人工血管获批。


目前,我国的进口人工血管售价在1~4万元之间。2020年,国内人工血管市场规模逾30亿元人民币(按终端价计)。整体来说,未来主动脉置换和血液透析动静脉造瘘,将占据人工血管市场主要的市场份额。预计人工血管市场在未来三至五年将持续保持超过15%的市场增速,到2025年整体国内市场规模或接近40亿元人民币。



2015-2025年人工血管细分领域市场规模及增速(来源:动脉网)


人工血管的临床应用主要集中在两个临床科室:心血管外科以及血管外科。其中,心血管外科主要应用在主动脉置换或搭桥;血管外科目主要应用于外周血管旁路移植术、血管创伤修复、血液透析血管通路等临床场景。


3.1 主动脉置换或搭桥


我国每年约有20万新发主动脉病例,但仅有约3%的患者能获得手术或腔内修复术等有效的治疗,未来渗透率有望进一步增长。冠脉搭桥(CABG)和经皮冠状动脉介入术(PCI)是目前治疗冠状动脉狭窄的两种主要治疗方法。冠脉搭桥是修复或替换梗阻的冠状动脉手术方法为用移植的血管(常为自体大隐静脉及乳内动脉)在主动脉及梗阻的冠状动脉远端建立一条血管通路主动脉血管置换手术,是目前人工血管应用最为成熟的领域。由于自身血管供体来源有限、血管口径匹配度、术后桥血管再狭窄等问题,提升了冠脉搭桥临床对小口径人工血管的需求,但是目前并没有相应的小口径血管产品上市。


根据《中国心外科手术与体外循环白皮书》最新统计数据,我国大血管外科手术量每年以接近20%的增速不断增长,2019年手术量接近3万台。将小口径人工血管在CABG手术中的应用定义为潜在增量市场,预计将来中国CABG市场容量为每年5万台手术,按照人工血管终端价格均价3万元计算,潜在市场规模为15亿元/年。


3.2 动静脉透析造瘘(AVG)


我国超过60%血液透析患者的首次透析所采用的通路类型为中心静脉导管(CVC)。但中国专家共识建议,应减少不必要的CVC使用,长期性血管通路应首选自体动静脉内瘘(AVF)。但我国很多患者血管细小、条件不佳,首次内瘘成功率一般在90%左右。当AVF无法建立时,次选应为移植物动静脉造瘘(AVG)使用人工血管的比例在逐年提升。


据中国每年约70万透析患者计,预计将来每年有10%的患者进行AVG血管通路手术,按照2020年患者数量7万例,人工血管均价2万元(可用中等口径)计算,2020年中国血液透析血管通路市场静态市场容量为14亿元。


3.3 外周动脉疾病(PAD)


整体来说我国外周血管动脉疾病的治疗率较低,外周动脉疾病的治疗在我国仍处于发展早期。血运重建术适用于严重间歇性跛行影响生活质量、药物治疗无效、伴有静息疼痛、皮肤溃疡及坏疽等的患者。血运重建术方法有血管内介入治疗和外科手术治疗两种,而随着微创介入术式(血管内介入治疗)的发展,外科手术血运重建的适应症逐渐缩小,对此不作人工血管市场容量评估。


3.4 血管创伤


血管损伤主要是由于车祸伤、坠落骨折伤、火器枪弹伤以及严重挤压伤等因素造成。血管缺损长度在2cm以上者,首选自体静脉移植。一般采用自体大隐静脉或头静脉移植,自体浅静脉具有无抗原性、取材方便、通畅率高、抗感染力强、可屈性和伸展性好等优点。大隐静脉、头静脉是较大血管缺损时常切取的移植材料,对此不作人工血管市场容量评估。



04

人工血管行业竞争格局




4.1 国际市场

目前,活跃在国际市场上的主要是涤纶、膨体聚四氟乙烯和真丝等高分子材料的人工血管。从销售收入来看,迈柯唯(Maquet)在人工血管市场独占鳌头,日本泰尔茂居第二位,戈尔紧随其后,前三名合计占据全球市场 80%以上的份额。除此之外,还有贝朗、巴德、Jotec GmbH、 LeMaitre、Humacyte等公司参与其中。

美国Humacyte公司研发的人类脱细胞组织工程血管(HAV),临床表现优异。正在全球进行多项临床试验。截至2021年底,HAV已植入约471名患者体内,跟踪期为5年,迄今为止没有免疫排斥反应。当前FDA已接受Humacyte的生物制品许可申请 (BLA) 并对其给予优先审查,有望成为全球首个上市的组织工程人工血管。Humacyte估计,其血管产品的潜在峰值销售额每年将达121亿美元。

4.2 国内市场

在中国,人工血管市场完全由外资品牌占据。其中,迈柯唯占据70%的市场份额,泰尔茂占据20%市场份额,剩余10%由戈尔公司等品牌瓜分。从细分领域上市产品来看,迈柯唯在大口径人工血管市场遥遥领先,泰尔茂紧随其后,戈尔在中等口径人工血管市场市占率最高。国内仅有上海契斯特上海索康江苏百优达的产品拿到注册证,其中上海索康产品注销我国生产的PTFE大部分为通用型,属于中低端产品。在高端产品膨体聚四氟乙烯(ePTFE)方面与西方发达国家仍有较大差距,主要依赖进口,价格较为昂贵。

研人工血管包括:领博生物、杨森生物、京新药业、柔脉医疗、心衢生物科技、海迈医疗等。其中,领博生物、柔脉医疗、海迈医疗等正依托组织工程等技术布局小口径人工血管。领博生物自主研发的生物型人工血管于2022年8月完成首例临床入组;柔脉医疗已研发出小口径组织工程化电子血管;海迈医疗研发出了自体和同种异体脱细胞基质小口径人工血管。



05

人工血管行业代表企业




5.1 迈柯唯(MAQUET)
始于1838年德国,瑞典GETINGE AB集团旗下,拥有外科系统部/重症系统部/心血管外科部/麻醉系统部四个专业部门。其人工血管业务是在收购中发展起来的,一次是在2008年收购波士顿科学的心血管外科业务,主要负责美国市场销售,2009年收购Datascope集团,负责在欧洲市场销售。后关闭美国工厂将生产基地搬到法国。


产品构成:FUSION 血管移植物是由两层构成。内层由膨胀聚四氟乙烯 (ePTFE) 组成。肝素涂层通过白蛋白(人类血液中的主要血液蛋白质)粘合到该内层。外层由针织涤纶织物组成。这两层用专有的聚碳酸酯–聚氨酯粘合剂融在一起。


通过上述实验MARUET产品的涂层技术相比较单一聚四氟乙烯产品具有较好的长期血管通畅率。


5.2 泰尔茂(TERUMO)
泰尔茂株式会社成立于1921年,总部位于日本东京。其产品包括一次性医用器械、血管造影与治疗用导管、医用电子产品系列、人工心肺产品系列等。2002年10月收购英国制造和销售人工血管产品公司“Vascutek Co.”。泰尔茂发明了独特的水解蛋白明胶预凝,无孔设计,斜纹编织,多分叉血管提高手术安全性,减少手术时间,聚酯血管和聚四氟乙烯血管。提供了胸腹部及四肢血管的多方面选择。

Thoracoflo适用于胸腹主动脉疾病的患者,相比于传统开放式手术修复具有更小的侵入性。Thoracoflo是一种采用泰尔茂独特的Gelwave编织聚酯制备的胸腹混合人工血管。Thoracoflo近端是覆膜支架,而远端连接着由Gelwave编织聚酯制备七臂小血管。Thoracoflo近端覆膜支架部分将通过主动脉干穿刺部署到胸降主动脉中。远端部分人工血管包含用于内脏动脉、肾动脉和髂总动脉端对端吻合的分支。通路分支可用于腰部动脉的重新连接,其结合了泰尔茂主动脉成熟的Gelweave聚酯人工血管和镍钛自膨胀支架移植物技术,以应对患者主动脉复杂、特殊的解剖结构。

5.3 戈尔(GORE)

GORE是一家全球性的科技企业,成立于1958年,公司总部位于美国亚利桑那州的纳瓦霍县,在全球拥有多个分支机构和办事处。在医疗领域,GORE开发和制造多种医疗器械和产品,包括人工血管、心脏血管修复和替代产品、膜材料和缝线等。旗下的人工血管产品被广泛用于心血管和外周动脉手术,为患者提供血管修复和替代的解决方案。GORE-TEX人工血管作为血管修补物以替代或设置病变血管旁路、治疗血管闭塞性或动脉瘤疾病、外伤、透析或用于其他血管手术。带FEP环腋双股GORE-TEX人工血管和带FEP环腋双股GORE-TEX弹性人工血管旨在用于恢复下肢血液供应的旁路手术。



5.4 Humacyte

Humacyte是由耶鲁大学劳拉・尼克尔森(Laura E.Niklason)教授于2004年创立的,该公司致力于开发再生医学创新技术,并将其商业化。文件显示,在再生医学范畴,Humacyte目前拥有专利高达87项,而正在申报的专利有21项。Humacyte是首家获得美国FDA再生医学先进疗法认定的公司,产品管线获FDA快速通道。产品线方面,目前正在血管创伤、血液透析的AV通路和外周动脉疾病的多项临床试验中研究HAV。产品线未来布局方面,计划发展HAV技术的实用性,并为冠状动脉旁路移植术、小儿心脏手术、细胞疗法(包括胰岛细胞移植以治疗I型糖尿病患者)以及未来开发复杂的组织和器官移植的工程解决方案。



5.5 武汉杨森生物

武汉杨森生物技术有限公司成立于2009年4月,现属正大集团旗下,专业以创新型聚氨酯原材料为底层技术的高端心血管医疗器械研发、生产与销售的国家高新技术企业,坐落于国家级生物产业基地-武汉光谷生物城。现拥有1000平米符合GMP要求的万级洁净厂房,授权和受理国家发明专利20余项。



(1)产品一:人工血管VASCULAR GRAFT
产品性能、结构及组成:由聚氨酯(PU)和涤纶纤维复合而成,模拟人体自身血管的内、中、外三层结构,其中内、外两层结构是由医用聚氨酯制备而成,中间的加强层由涤纶编织而成。产品呈直线型结构,临床上用于病变主动脉血管的置换。产品适应症:适用于急性主动脉综合征、主动脉瘤、先天性主动脉狭窄等病变,进行主动脉修复或替换。


(2)产品二:pathway® 三层仿生小口径人造血管
产品工艺:内膜采用先进的静电纺丝成型工艺,孔隙率可达65%-70%,利于血管内皮细胞粘附生长;外膜采用点涂成型工艺;产品特点:1、有弹性,更柔软,无针眼渗血,无水肿期,可以明显缩短通路成熟时间(由2个月缩短至1周);2、抗凝血涂层采用共价键接枝方法,能抑制非特异性蛋白的吸附,阻断诱发凝血与血栓形成的感染、排异反应;3、耐反复穿刺(≧2000)且穿刺后不需要长时间压迫,减少穿刺点血肿和感染发生率;据目前现有的可查资源,武汉杨森在国内小口径人工血管的研究以及上市注册进程中属于第一梯队,2020年聚氨酯大口径三层仿生人工血管开始临床试验。


5.6 杭州领博生物
公司创立于2019年,位于杭州医药港,致力于研发可替代、可修复人类组织与器官的组织工程再生材料产品。其首款人工血管产品将应用于血液透析患者动静脉造瘘AVG手术。2021年上半年完成数千万Pre-A轮融资。其团队领军人物孔德领教授,任南开大学生命科学学院博士生导师,南开大学科学技术研究部部长,从事心血管生物材料与组织工程研究,主持5项国家自然科学基金重点项目和多项面上项目。根据领博公司的公开专利,其人工血管产品主要以人工合成高分子材料为骨架材料,利用纺丝技术生产血管支架。

5.7 深圳柔脉医疗
柔脉医疗团队曾参加第7届中国国际互联网+大学生创新创业大赛获得国际赛道金牌争夺赛总分第一的成绩。该专注于研发心脑血管植入式医疗器械。创始人瑞士洛桑联邦理工学院Shiyu Cheng博士团队合作研发了两项具有世界领先水平的小口径血管再生医学与人机接口技术,包括小口径组织工程化人工血管与组织化电子血管。Shiyu Cheng博士在2017年在ADVANCED MATERIALS杂志发表“Self-Adjusting, Polymeric Multilayered Roll that can Keep the Shapes of the Blood Vessel Scaffolds during Biodegradation”。在该文献中设计了一款人工血管支架,实验室工艺流程如下图所示:


该血管支架采用静电纺丝技术分别将聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)和聚己内脂(PCL)材料进行纺织(图a、b),在该膜材料两端分别放置聚二甲基硅氧烷(PDMS)条,之后利用微流控技术分别将同源异种的血管内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞接种到支架上(图c、d、e、f),利用其团队独有的技术,可以使该复合材料自动卷曲成为直径为3mm的三层仿生组织工程血管(图i)。随后在体外培养至支架材料完全降解,进行脱细胞处理,再植入体内。通过3个月的动物实验(兔)观察到该组织工程血管保持血流通畅。


06

人工血管行业发展趋势





整体来看,人工电子血管、新型高分子材料、组织工程血管、即穿型人工血管以及3D打印技术在人工血管领域的应用是目前国内外最为热门的研究方向。全球还未有基于组织工程的人工血管上市,小口径规格的人工血管产品也极少,尤其是心脏冠脉搭桥手术所用小口径人工血管。大于6毫米的血管已商品化,小口径血管制备还是一个国际性的难题。




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