BiVACOR鈦金屬心臟（圖片來源：BiVACOR）
去年11月，經過6個小時的手術，醫生成功給一位來自澳大利亞、四十多歲的男性心力衰竭患者植入了一顆鈦金屬心臟——他是世界上第六位植入這種鈦金屬心臟的人。
今年2月，帶著體內的這顆鈦金屬心臟，他出院了，在一處住宅裡過著相對正常的生活。又過了一個月後，他等到了與自己相匹配的捐贈心臟，替換了陪伴他超過三個月的鈦金屬心臟。
至此，這顆鈦金屬心臟已經在他體內工作了100天以上，一直維持著他的生命。他也成為了目前為止帶著這種鈦金屬心臟，生活時間最長的人。
這種人工製造的鈦金屬心臟叫做BiVACOR，由一家同名的醫療器械公司研發。鈦金屬心臟採用了與磁懸浮列車相同原理的磁懸浮技術，其獨特的泵設計只有一個運動部件：一個磁懸浮雙面轉子，左右葉片分別位於兩個獨立的泵腔內，形成一個雙面離心葉輪，將血液從各自的泵腔推進肺迴圈和體迴圈。
2023年，BiVACOR獲得美國食品與藥品管理局（FDA）的批准，可用於人體試驗。2024年7月，一名患有終末期心力衰竭的57歲男子在美國貝勒醫學院成功植入了BiVACOR人工心臟，也成為了首位植入BiVACOR的人類患者，隨後又有多名患者接受了手術。隨後，BiVACOR再次獲得FDA授權，將研究擴大到15名患者。
探索人工心臟的漫長曆史
事實上，給人類植入人工心臟的想法，由來以久。
作為人體最重要的器官之一，心臟將血液輸送到身體的各個器官，保證各器官功能的正常執行。而心血管疾病也是人類最常見和致命的疾病之一，僅在美國和歐洲，每年就有約2000萬人患有心力衰竭。儘管市面上有許多治療心臟疾病的藥物，但一旦疾病發展到一定階段，藥物就無能為力了。這時，患者唯一的選擇，大概是等待心臟移植。然而，每年可供移植的心臟數量，遠遠少於心臟移植的需求量，大量的患者只能在絕望中死去。
早在1812年，就有科學家提出透過外部裝置替代心臟，維持人體迴圈系統的理論。20世紀20年代，美國著名飛行員，同時也是一位發明家的查爾斯·奧古斯都·林德伯格（Charles Augustus Lindbergh）聯合諾貝爾獎生理學或醫學獎得主、法國外科醫生亞歷克西·卡雷爾（Alexis Carrel）經過多次嘗試和失敗後，創造出了一種“體外人工心臟”裝置。這種裝置類似外接的血泵，它連線到人體內取出的腎臟、甲狀腺等器官後，能保證它們的血液迴圈，可以讓研究者在體外觀察這些器官的工作狀態。
查爾斯·奧古斯都·林德伯格（圖片來源：Harris & Ewing – Public Domain）
這樣的裝置也激發了後來的科學家制造出了能完全替代心臟泵血功能的“全人工心臟”（total artificial heart）。弗拉基米爾·傑米霍（Vladimir Demikho）便是這個領域的先驅。1937年，他發明出了一種全人工心臟裝置，該裝置由兩個泵組成，彼此相鄰，並由外部的電機驅動。他將該裝置移植到了一隻狗的身上，手術後，這隻狗成功存活了5.5小時。隨後，他又進行了多次類似的試驗。
在這一時期，醫院裡心肺轉流術（cardiopulmonary bypass）和涉及心臟的開胸術的日益增加，這讓外科醫生和其他研究者加緊了對全人工心臟的探索。1957年，美國克利夫蘭診所（Cleveland Clinic）的阿久津澤三（音譯，Tetsuzo Akutsu）和威廉·科爾夫（Willem Kolff）——請記住這個名字，待會還會出現——首次在動物體內植入了他們研製的全人工心臟（之前傑米霍開發的全人工心臟是體外裝置），該裝置是由聚氯乙烯製成的氣動泵，將其植入狗的體內後，狗成功存活了90分鐘。1965年，同一研究團隊又開發出了一種一體式四腔人工心臟，可以支援小牛血液迴圈超過一天。此外，同一時期也有一些其他研究團隊進行了類似的嘗試。
人體移植
一般認為，首例人類“全人工心臟”移植手術發生於1969年。
這一年3月份，一位47歲、心臟受損的男子和家人找到美國醫生登頓·庫利（Denton Cooley）的團隊，希望他們能透過手術一定程度上修復男子的心臟，暫時延長他的性命。這名患者有著10年心臟病史，此時已經近乎喪失了行動能力，而他一直沒有等到匹配的心臟以完成心臟移植。庫利團隊高超的醫術或許給他帶來了一絲絲希望。
而當時，庫利和同事多明戈·廖塔（Domingo Liotta）正好在開發一種新的全人工心臟，雖然還存在許多需要改進的地方，但這位47歲的患者同意了如果修復心臟的手術失敗，可以為他移植全人工心臟。
同年4月4日，手術開始。但在手術過程中，庫利團隊發現發現患者的心臟已經嚴重受損，無法支援血液迴圈。於是，他們最終決定為患者植入人工心臟。手術後，患者清醒了過來，在接下來的24小時內狀況病情似乎有所好轉。然而，很快他便出現了溶血和腎功能惡化的情況，庫利團隊只能緊急為這位患者尋找合適的人類心臟供體。
他們瘋狂地尋找心臟捐獻者。最後，他們接到電話，在另一個城市找到了合適的捐獻者，兩名醫生乘飛機護送捐獻者飛速跨越近3000公里，從波斯頓趕往休斯頓，但途中仍然經歷了一些小波折，耽誤了一些時間。最終，團隊在患者植入了全人工心臟64小時後，又為他移植了另一顆人類的心臟。然而，移植完成32小時後，患者死於嚴重的假單胞菌肺炎。儘管此次全人工心臟的移植並未成功，但這也讓庫利和更多研究者意識到，使用人工裝置維持人體的迴圈系統，是有希望的。
更多發展
隨後十數年，全人工心臟相關研究和嘗試，又有了許多新的進展。
上文提到的威廉·科爾夫，在離開克利夫蘭診所後，到了猶他大學工作。在那裡，他遇到了羅伯特·亞爾維克（Robert Jarvik）——一位在生物力學領域冉冉升起的研究新星，並僱傭他加入了自己人工器官的研究團隊中。而亞爾維克沒有辜負科爾夫的期望，他們成功研製出了一種人工心臟，科爾夫以亞爾維克的名字將其命名為Jarvik 7。
Jarvik 7原型（圖片來源：Votpuske – CC BY 4.0）
1982年，猶他大學的外科醫生成功將Jarvik 7植入到了一位61歲的病人體內，這位患者成功存活了112天。隨後，第二名患者接受了移植，存活了620天。接著又有三名患者接受移植，其中一人死於失血過多，另外兩人分別存活了10個月和14個月。基本上，最終所有患者都死於不同的併發症，如多器官衰竭、中風和感染等等。但總體來說，接受Jarvik 7移植的患者存活時間已經顯著高於此前的全人工心臟裝置。不過Jarvik 7仍然有明顯的缺點，它需要連線一個外部的“大型氣動控制臺”，還需要一個冰箱大小的外接電源，因此患者得一直呆在醫院接受治療。
新世紀的希望
而進入21世紀後，相關技術又有了更多的發展，更多等待心臟移植的患者，接受了全人工心臟的移植來暫時維持生命。市面上較為主要的有“SynCardia temporary”全人工心臟。臨床試驗表明，接受了“SynCardia temporary”移植的患者，存活率顯著高於沒有接受移植的對照組。
SynCardia的產品（圖片來源：SynCardia）
另一種較有名的產品叫AbioCor全人工心臟，這是第一個“獨立的體內人工心臟”，它不需要任何皮下連線，病人不再需要“透過穿透皮膚表面的管道或電線連線外部空氣泵”。AbioCor全人工心臟重約1千克，裝置包括兩個人工心室和相應的瓣膜，還有一個由電機驅動的液壓泵，可以模擬人類的心跳。其電池可以透過外部電源持續充電。
AbioCor全人工心臟的設計（圖片來源：Abiomed）
而最新的BiVACOR全人工心臟則代表著人工心臟設計模式的轉變，相比於以前的全人工心臟，BiVACOR只有一個電機和一個磁懸浮轉子，可同時向身體和肺部泵送血液。它沒有閥門，沒有彎曲的心室腔或泵膜片，也沒有機械軸承，因此消除了泵內的機械磨損。泵由鈦製成，具有高生物相容性、耐腐蝕性和強度。泵的執行由智慧控制器驅動，可適應患者活動和心輸出量需求的變化，能夠提供超過每分鐘12升的血流量，足以滿足成年男性運動時的心輸出量需求。且體積小，適合大多數男性和女性，提高了患者的移動性和行動自由度。
圖片來源：BiVACOR
也不知以後，類似BiVACOR這樣的鈦金屬心臟能否完全長期替代心臟的功能，讓心力衰竭患者不再需要等待人類心臟供體的移植。
參考連結：
https://www.nature.com/articles/d41586-025-00782-0
https://bivacor.com/#home
https://www.businesswire.com/news/home/20241218188149/en/BiVACOR-Total-Artificial-Heart-Successfully-Implanted-in-Five-Patients-as-Part-of-FDA-Early-Feasibility-Study-FDA-Greenlights-Expansion-of-the-EFS
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK234425/
https://www.cardiologyres.org/index.php/Cardiologyres/article/view/354/373
https://www.nature.com/articles/nm0103-108
https://www.jcvaonline.com/article/S1053-0770(11)00041-3/abstract
https://www.cdc.gov/heart-disease/data-research/facts-stats/?CDC_AAref_Val=https://www.cdc.gov/heartdisease/facts.htm
https://www.syncardia.com/about-us.html
https://www.abiomed.com/en-us/products-and-services/impella/smartassist-technology
https://www.scientificamerican.com/article/artificial-heart/
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