國(guó)產(chǎn)“新冠救命神器”誕生：體積小巧價(jià)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(jià)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(jiǎn)稱ECMO）大顯身手，被稱為危重患者的“救命神器”。近期，由我國(guó)科研人員自主研發(fā)的ECMO進(jìn)入臨床階段，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)重大醫(yī)療器械自主化研制的突破，有望打破長(zhǎng)期以來(lái)該設(shè)備依賴進(jìn)口、價(jià)格高昂的局面，推動(dòng)ECMO向基層醫(yī)院普及，讓更多患者受益。國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)ECMO是如何研發(fā)的？新華每日電訊記者獨(dú)家采訪核心科研團(tuán)隊(duì)成員，揭開(kāi)幕后的故事。

五年磨一劍 國(guó)產(chǎn)ECMO“小個(gè)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(guó)產(chǎn)第一臺(tái)ECMO簡(jiǎn)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(guó)自主研發(fā)，還比進(jìn)口同類(lèi)設(shè)備小巧輕便很多，適合便攜式挪動(dòng)，尤其有利于應(yīng)急救援中的緊急調(diào)運(yùn)。

ECMO俗稱“人工肺”，是當(dāng)前國(guó)際最先進(jìn)的生命支持技術(shù)之一。它的一項(xiàng)重要功能是對(duì)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(shí)間，是醫(yī)生們從鬼門(mén)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(shí)間，全國(guó)多地的ECMO被緊急調(diào)運(yùn)支援武漢。

然而，這一重要的醫(yī)療設(shè)備在我國(guó)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，設(shè)備及耗材費(fèi)用高昂，業(yè)內(nèi)常有“ECMO一響、黃金萬(wàn)兩”的比喻。目前，我國(guó)尚無(wú)生產(chǎn)ECMO的廠家，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在擁有的400余臺(tái)ECMO均從國(guó)外進(jìn)口，而在全球范圍內(nèi)，ECMO市場(chǎng)基本被美國(guó)和德國(guó)的幾個(gè)廠商所壟斷。

如今，這一局面終于開(kāi)始被打破。最近，由四川大學(xué)國(guó)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(jī)械學(xué)院等歷時(shí)5年科研攻關(guān)，共同研發(fā)的國(guó)產(chǎn)ECMO成功應(yīng)用于臨床，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域從0到1的突破。

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

記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，一場(chǎng)ECMO內(nèi)部研討會(huì)正在召開(kāi)。中間有兩個(gè)人在熱烈討論，其中一位是四川大學(xué)國(guó)家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心主任王云兵（國(guó)產(chǎn)首臺(tái)ECMO研發(fā)總設(shè)計(jì)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(gè)人經(jīng)常討論著，不一會(huì)兒就吵起來(lái)了。”王云兵笑著說(shuō)。

記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，相較于進(jìn)口設(shè)備的“大塊頭”，我國(guó)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(jī)。

ECMO的工作原理是用離心泵將患者的靜脈血引到體外，通過(guò)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(gè)步驟都非常關(guān)鍵，缺一不可。

而國(guó)產(chǎn)ECMO小巧的體積，卻要實(shí)現(xiàn)和進(jìn)口設(shè)備一模一樣的功能，是如何做到“小個(gè)子有大能量”的？王云兵告訴記者，這臺(tái)國(guó)產(chǎn)設(shè)備看起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)際上包括離心泵、人工血管、膜肺、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等關(guān)鍵部分，只不過(guò)經(jīng)過(guò)數(shù)千次試驗(yàn)，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(gè)功能操作需要一個(gè)芯片‘大腦’，而我們統(tǒng)一把所有的功能操作集合在一個(gè)芯片‘大腦’里，這個(gè)‘小方塊’實(shí)際上就是整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的‘最強(qiáng)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(shuō)。

為了讓整個(gè)設(shè)備更加便捷，研發(fā)團(tuán)隊(duì)反復(fù)試驗(yàn)，還將人工血管長(zhǎng)度較進(jìn)口設(shè)備縮短了30%。

關(guān)鍵“三寶”：“最強(qiáng)大腦”、抗凝血涂層、磁懸浮離心泵

“目前，通過(guò)第三方的權(quán)威評(píng)測(cè)，國(guó)產(chǎn)首臺(tái)ECMO不僅在多個(gè)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(shuō)。

比如，集合了大部分功能芯片的“最強(qiáng)大腦”，從外觀呈現(xiàn)出來(lái)僅僅是一個(gè)“小方塊”，這個(gè)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(méi)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(shuō)。剛開(kāi)始，科研團(tuán)隊(duì)也是摸著石頭過(guò)河，他們先研究了ECMO工作需要的關(guān)鍵功能，然后提出一個(gè)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(gè)科研團(tuán)隊(duì)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(zhuān)注醫(yī)療材料的研發(fā)人員，也有搞芯片設(shè)計(jì)的。

20多個(gè)人一起埋頭在實(shí)驗(yàn)室里研究，經(jīng)過(guò)上千次不懈研發(fā)，終于打造出這個(gè)小巧的“最強(qiáng)大腦”。

抗凝血涂層是國(guó)產(chǎn)ECMO的關(guān)鍵技術(shù)突破。研發(fā)團(tuán)隊(duì)試驗(yàn)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(cè)試結(jié)果顯示比進(jìn)口設(shè)備效果還好。

無(wú)軸磁懸浮離心泵也是一個(gè)關(guān)鍵突破。王云兵告訴記者，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的無(wú)軸磁懸浮離心泵流場(chǎng)分布均勻，對(duì)血液破壞更小，效率也比進(jìn)口設(shè)備提升了20%。

長(zhǎng)期以來(lái)，ECMO作為醫(yī)療器械領(lǐng)域的“核心武器”，國(guó)內(nèi)有不少團(tuán)隊(duì)都在研發(fā)，甚至不乏比王云兵所在團(tuán)隊(duì)更有實(shí)力、資源和財(cái)力的，說(shuō)實(shí)話，能否出成果，王云兵和團(tuán)隊(duì)成員最開(kāi)始心里是沒(méi)底的，也頂著不小的壓力。

但他們從來(lái)沒(méi)想過(guò)放棄。“2017年，我們團(tuán)隊(duì)決定要研發(fā)國(guó)產(chǎn)ECMO，那個(gè)時(shí)候，ECMO還鮮為人知，只是因?yàn)槲覀儍?nèi)心的執(zhí)著。”王云兵說(shuō)，因?yàn)橛袔状危蛨F(tuán)隊(duì)成員去醫(yī)院了解情況，發(fā)現(xiàn)一些重癥患者因?yàn)橛貌黄餎CMO，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(wú)奈心痛的情景。“從那時(shí)起，我就決定一定要研發(fā)出國(guó)產(chǎn)ECMO，不論有多困難，我們都要克服。因?yàn)椋@是一件拯救生命的人生使命。”他說(shuō)。

在最困難的時(shí)刻，團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)隊(duì)、中國(guó)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(duì)開(kāi)通“綠色通道”。“去年新冠肺炎疫情發(fā)生后，張?jiān)菏棵鞔_跟我們說(shuō)，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(shuō)，這句話在當(dāng)時(shí)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(ài)國(guó)大情懷。

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

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(lái)，該科研團(tuán)隊(duì)之所以能在國(guó)內(nèi)多家自主研發(fā)ECMO團(tuán)隊(duì)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(jī)械工程等多學(xué)科交叉互補(bǔ)的跨學(xué)科、跨地域協(xié)作公關(guān)團(tuán)隊(duì)，并且在此領(lǐng)域有長(zhǎng)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(guò)20年；四川大學(xué)國(guó)家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心作為中國(guó)第一個(gè)國(guó)家級(jí)生物醫(yī)學(xué)材料及醫(yī)療器械科研單位，20多年來(lái)長(zhǎng)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(guó)際前列。

從上世紀(jì)90年代以來(lái)，張興棟院士帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)攻克了一個(gè)又一個(gè)國(guó)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(guó)際前沿。

2016年，張興棟院士還接任了國(guó)際生物材料科學(xué)與工程學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)主席。這是該聯(lián)合會(huì)成立以來(lái)，首次由我國(guó)科學(xué)家擔(dān)任主席。“我們的ECMO科研團(tuán)隊(duì)不是無(wú)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(gè)領(lǐng)域的‘巨人’肩上。”王云兵說(shuō)。

“產(chǎn)學(xué)研一體化”的科研傳統(tǒng)也進(jìn)一步加快了國(guó)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(duì)開(kāi)始實(shí)踐“產(chǎn)學(xué)研一體化”。他和團(tuán)隊(duì)開(kāi)辦的公司起初注冊(cè)資金僅50萬(wàn)元，在國(guó)內(nèi)生物材料領(lǐng)域“小的可憐”，卻創(chuàng)造了年均上千萬(wàn)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(gè)全球領(lǐng)先的醫(yī)療器械，卻毅然回到四川大學(xué)國(guó)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(duì)研發(fā)出了國(guó)產(chǎn)首臺(tái)ECMO。

“作為科研人員，我們沒(méi)有別的想法，就想干點(diǎn)真正有意義的事，研發(fā)出對(duì)社會(huì)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(duì)的心中。（記者董小紅、吳曉穎）