國產(chǎn)"新冠救命神器"誕生：體積小巧價格“美麗”

國產(chǎn)“新冠救命神器”誕生：體積小巧價格“美麗”

自主研發(fā)體外膜肺氧合設(shè)備ECMO上市后，重量和價格均有望比進(jìn)口產(chǎn)品降低八成

在抗擊新冠肺炎疫情中，體外膜肺氧合設(shè)備（簡稱ECMO）大顯身手，被稱為危重患者的“救命神器”。近期，由我國科研人員自主研發(fā)的ECMO進(jìn)入臨床階段，實現(xiàn)了國產(chǎn)重大醫(yī)療器械自主化研制的突破，有望打破長期以來該設(shè)備依賴進(jìn)口、價格高昂的局面，推動ECMO向基層醫(yī)院普及，讓更多患者受益。國產(chǎn)第一臺ECMO是如何研發(fā)的？新華每日電訊記者獨家采訪核心科研團(tuán)隊成員，揭開幕后的故事。

五年磨一劍 國產(chǎn)ECMO“小個子有大能量”

一塊不到0.5平方米大小的“小方塊”，連接著幾根特制的導(dǎo)管，整體重量只有6公斤——這就是國產(chǎn)第一臺ECMO簡約樸素的“真身”。

但別小看了這套設(shè)備，不僅核心組件都由我國自主研發(fā)，還比進(jìn)口同類設(shè)備小巧輕便很多，適合便攜式挪動，尤其有利于應(yīng)急救援中的緊急調(diào)運。

ECMO俗稱“人工肺”，是當(dāng)前國際最先進(jìn)的生命支持技術(shù)之一。它的一項重要功能是對急性或重癥心、肺功能衰竭患者提供體外呼吸與循環(huán)，為搶救贏得寶貴時間，是醫(yī)生們從鬼門關(guān)“搶人”的“救命神器”。

2020年新冠肺炎疫情發(fā)生后，隨著危重癥患者不斷增加，ECMO數(shù)量嚴(yán)重不足。一時間，全國多地的ECMO被緊急調(diào)運支援武漢。

然而，這一重要的醫(yī)療設(shè)備在我國長期依賴進(jìn)口，設(shè)備及耗材費用高昂，業(yè)內(nèi)常有“ECMO一響、黃金萬兩”的比喻。目前，我國尚無生產(chǎn)ECMO的廠家，國內(nèi)現(xiàn)在擁有的400余臺ECMO均從國外進(jìn)口，而在全球范圍內(nèi)，ECMO市場基本被美國和德國的幾個廠商所壟斷。

如今，這一局面終于開始被打破。最近，由四川大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心、西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院、西安交通大學(xué)機械學(xué)院等歷時5年科研攻關(guān)，共同研發(fā)的國產(chǎn)ECMO成功應(yīng)用于臨床，實現(xiàn)了中國在該技術(shù)領(lǐng)域從0到1的突破。

在四川大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心，記者見到了國產(chǎn)ECMO研發(fā)的部分核心團(tuán)隊成員。這支研發(fā)團(tuán)隊由大名鼎鼎的中國工程院院士張興棟率領(lǐng)，整個隊伍才20多人，其中不少是年輕人。

記者在現(xiàn)場看到，一場ECMO內(nèi)部研討會正在召開。中間有兩個人在熱烈討論，其中一位是四川大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心主任王云兵（國產(chǎn)首臺ECMO研發(fā)總設(shè)計師），另一位則是西安交通大學(xué)附屬醫(yī)院心血管外科副主任技師王京玉。“我們兩個人經(jīng)常討論著，不一會兒就吵起來了。”王云兵笑著說。

記者在現(xiàn)場看到，相較于進(jìn)口設(shè)備的“大塊頭”，我國自主研發(fā)的這款ECMO非常小巧，是進(jìn)口設(shè)備重量的五分之一，體積更小、方便攜帶，能裝進(jìn)20寸行李箱里，直接就能帶上飛機。

ECMO的工作原理是用離心泵將患者的靜脈血引到體外，通過體外的膜肺，血液被氧合后，再輸回患者體內(nèi)，從而維持人體臟器組織的供氧。每一個步驟都非常關(guān)鍵，缺一不可。

而國產(chǎn)ECMO小巧的體積，卻要實現(xiàn)和進(jìn)口設(shè)備一模一樣的功能，是如何做到“小個子有大能量”的？王云兵告訴記者，這臺國產(chǎn)設(shè)備看起來簡單，實際上包括離心泵、人工血管、膜肺、監(jiān)測系統(tǒng)等關(guān)鍵部分，只不過經(jīng)過數(shù)千次試驗，研發(fā)人員把很多功能“打包”集合在了一起。

“比如，進(jìn)口ECMO是一個功能操作需要一個芯片‘大腦’，而我們統(tǒng)一把所有的功能操作集合在一個芯片‘大腦’里，這個‘小方塊’實際上就是整個設(shè)備運行的‘最強大腦’，醫(yī)生在‘小方塊’屏幕上就可以輕松操作，發(fā)出具體指令。”王云兵說。

為了讓整個設(shè)備更加便捷，研發(fā)團(tuán)隊反復(fù)試驗，還將人工血管長度較進(jìn)口設(shè)備縮短了30%。

關(guān)鍵“三寶”：“最強大腦”、抗凝血涂層、磁懸浮離心泵

“目前，通過第三方的權(quán)威評測，國產(chǎn)首臺ECMO不僅在多個指標(biāo)上與進(jìn)口設(shè)備打成平手，在一些關(guān)鍵指標(biāo)上甚至超越了進(jìn)口設(shè)備。”王云兵說。

比如，集合了大部分功能芯片的“最強大腦”，從外觀呈現(xiàn)出來僅僅是一個“小方塊”，這個大膽又關(guān)鍵的創(chuàng)新，讓業(yè)內(nèi)人士都大吃一驚。

“大家都沒想到我們能做那么小，但是，結(jié)果就是我們真的做到了。”王云兵說。剛開始，科研團(tuán)隊也是摸著石頭過河，他們先研究了ECMO工作需要的關(guān)鍵功能，然后提出一個大膽的想法，這些功能是不是可以集合在一起？

根據(jù)ECMO的工作原理，大家決定大膽“闖”一下。好在，這個科研團(tuán)隊人數(shù)雖然不多，但麻雀雖小，五臟俱全。不僅有院士，還有臨床醫(yī)生，有專注醫(yī)療材料的研發(fā)人員，也有搞芯片設(shè)計的。

20多個人一起埋頭在實驗室里研究，經(jīng)過上千次不懈研發(fā)，終于打造出這個小巧的“最強大腦”。

抗凝血涂層是國產(chǎn)ECMO的關(guān)鍵技術(shù)突破。研發(fā)團(tuán)隊試驗了上千次，研發(fā)出最適合的抗凝血涂層，能有效減少血液在體外循環(huán)的損耗，測試結(jié)果顯示比進(jìn)口設(shè)備效果還好。

無軸磁懸浮離心泵也是一個關(guān)鍵突破。王云兵告訴記者，團(tuán)隊開發(fā)的無軸磁懸浮離心泵流場分布均勻，對血液破壞更小，效率也比進(jìn)口設(shè)備提升了20%。

長期以來，ECMO作為醫(yī)療器械領(lǐng)域的“核心武器”，國內(nèi)有不少團(tuán)隊都在研發(fā)，甚至不乏比王云兵所在團(tuán)隊更有實力、資源和財力的，說實話，能否出成果，王云兵和團(tuán)隊成員最開始心里是沒底的，也頂著不小的壓力。

但他們從來沒想過放棄。“2017年，我們團(tuán)隊決定要研發(fā)國產(chǎn)ECMO，那個時候，ECMO還鮮為人知，只是因為我們內(nèi)心的執(zhí)著。”王云兵說，因為有幾次，他和團(tuán)隊成員去醫(yī)院了解情況，發(fā)現(xiàn)一些重癥患者因為用不起ECMO，不得不放棄治療。

至今，王云兵都還記得當(dāng)年看到的那些無奈心痛的情景。“從那時起，我就決定一定要研發(fā)出國產(chǎn)ECMO，不論有多困難，我們都要克服。因為，這是一件拯救生命的人生使命。”他說。

在最困難的時刻，團(tuán)隊的領(lǐng)隊、中國工程院院士張興棟給予了很大的支持。

今年83歲的張興棟院士不僅全程給予指導(dǎo)，還力所能及給ECMO研發(fā)團(tuán)隊開通“綠色通道”。“去年新冠肺炎疫情發(fā)生后，張院士明確跟我們說，你們把手里其他事情全放下，就一心一意攻關(guān)ECMO研發(fā)。”王云兵說，這句話在當(dāng)時給了他非常大的支持，讓他看到老一輩科研工作者身上的愛國大情懷。

如此“強大”的國產(chǎn)ECMO，上市后的價格卻很可能僅為進(jìn)口設(shè)備的五分之一。“以后，越來越多病人將用得起ECMO了，越來越多基層醫(yī)院也能擁有ECMO了。”張興棟院士充滿期待地說。

20余年科研積淀 “醫(yī)工結(jié)合”激發(fā)創(chuàng)造力

在張興棟院士看來，該科研團(tuán)隊之所以能在國內(nèi)多家自主研發(fā)ECMO團(tuán)隊中脫穎而出，率先進(jìn)入臨床階段，關(guān)鍵是有一支涵蓋材料、醫(yī)學(xué)、機械工程等多學(xué)科交叉互補的跨學(xué)科、跨地域協(xié)作公關(guān)團(tuán)隊，并且在此領(lǐng)域有長期豐富的積累。如西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院從事ECMO臨床應(yīng)用及相關(guān)研究超過20年；四川大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心作為中國第一個國家級生物醫(yī)學(xué)材料及醫(yī)療器械科研單位，20多年來長期踐行“醫(yī)工結(jié)合”技術(shù)研發(fā)模式，在生物醫(yī)學(xué)材料及器械科學(xué)與工程領(lǐng)域走在國際前列。

從上世紀(jì)90年代以來，張興棟院士帶領(lǐng)科研團(tuán)隊攻克了一個又一個國際難題，研發(fā)出的牙種植體、涂層人工關(guān)節(jié)等生物材料，一直走在國際前沿。

2016年，張興棟院士還接任了國際生物材料科學(xué)與工程學(xué)會聯(lián)合會主席。這是該聯(lián)合會成立以來，首次由我國科學(xué)家擔(dān)任主席。“我們的ECMO科研團(tuán)隊不是無中生有，而是基于20多年的各種科研積累，相當(dāng)于站在這個領(lǐng)域的‘巨人’肩上。”王云兵說。

“產(chǎn)學(xué)研一體化”的科研傳統(tǒng)也進(jìn)一步加快了國產(chǎn)ECMO的研發(fā)速度。上世紀(jì)九十年代，張興棟院士就帶著研發(fā)團(tuán)隊開始實踐“產(chǎn)學(xué)研一體化”。他和團(tuán)隊開辦的公司起初注冊資金僅50萬元，在國內(nèi)生物材料領(lǐng)域“小的可憐”，卻創(chuàng)造了年均上千萬元的產(chǎn)值，也因此吸引了全球先進(jìn)人才。

王云兵就是其中之一，他曾是全球多家知名醫(yī)療器械公司的首席科學(xué)家，研發(fā)了多個全球領(lǐng)先的醫(yī)療器械，卻毅然回到四川大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心這棟不起眼的小樓里，一心一意埋頭搞科研，硬是帶著跨學(xué)科、跨地區(qū)團(tuán)隊研發(fā)出了國產(chǎn)首臺ECMO。

“作為科研人員，我們沒有別的想法，就想干點真正有意義的事，研發(fā)出對社會有益的東西。”在張興棟院士的眼里，這是科研人員的初心，而這份初心，也流淌在王云兵等全體研發(fā)團(tuán)隊的心中。（記者董小紅、吳曉穎）