中國日報1月28日電（記者 趙磊）記者從北京航空航天大學獲悉，1月28日，國際頂級學術期刊Cell報道了北京航空航天大學醫學科學與工程學院常凌乾教授團隊，聯合機械工程及自動化學院徐曄教授團隊，在前沿交叉醫學領域取得的最新進展：《An organ-conformal, kirigami-structured bioelectronic patch for precise intracellular delivery》。他們聯合北京大學第一醫院、中國醫學科學院腫瘤醫院、香港城市大學、美國伊利諾伊大學等單位，在該領域取得重大突破：團隊研發出一款柔性可植入生物電子器件（POCKET），如同一個智能"口袋"，通過個性化定制，可實現完美貼合于復雜形狀的器官表面，并通過"納米電穿孔效應"，實現安全、高效、精準的全器官藥物遞送或基因轉染。
北航作為第一完成單位，成果第一作者為北航生物與醫學工程學院卓百博士后、香港城市大學博士后王玉瓊，共同一作為北航機械工程及自動化學院博士生杜臘梅、北航生物與醫學工程學院博士生吳晗，通訊作者為北京航空航天大學教師常凌乾、徐曄、樊瑜波。
該工作始于一個令醫生深感無力的臨床問題：對于遺傳性卵巢基因突變（如BRCA1）的患者，臨床指南一般建議切除雙側卵巢和輸卵管，以避免癌癥發生，但這意味著永久喪失生育能力。"醫生，就真的沒有別的辦法了嗎？"患者經常含淚追問。然而，現有的基因治療技術，如病毒載體，因存在整合入生殖細胞基因組、干擾人類基因庫的潛在風險，在卵巢這類敏感器官上應用被視為禁區。
針對該問題，研究團隊將目光轉向物理方法——電穿孔，即施加電場在細胞膜上，瞬時打開細胞膜，理論上可以通過精確控制遞送深度，實現針對卵巢表面的體細胞的基因干預，從而避免生殖細胞污染。然而，卵巢表面崎嶇不平，溝壑縱橫，傳統電穿孔器件無法實現 "高共形貼合"于器官表面，導致藥物遞送可控性差、效率低，無法從根本上精準治療，解決這類"禁區難題"。
面對這一核心問題，常凌乾團隊與徐曄團隊合作，從傳統"剪紙"藝術中汲取靈感，創造性地提出了 "器官定制化剪紙共形理論"。該理論首次建立了剪紙結構幾何參數（如單元尺寸、鉸鏈寬度）與器官曲率、材料屬性之間的定量關系，為器官進行"三維掃描"，并"智能生成"最合身的外衣尺寸，從而指導設計出在特定曲率器官上既能完全共形、又最大限度保留功能面積的剪紙貼片，有效覆蓋率＞95%，攻克了"高共形"與"高覆蓋"不可兼得的難題。
POCKET器件采用四層功能化設計：與組織直接接觸的納米孔陣列薄膜、用于負載藥物的水凝膠儲藥層、負責電場分布的銀納米線電極層，以及起封裝支撐作用的柔性基底層。這四層結構通過飛秒激光精密加工，被賦予定制化的剪紙拓撲，從而能夠在不同物種的多種器官表面——如卵巢、眼球、腎臟——實現高度共形、大面積的貼合。
這種"電子外衣"般的緊密貼合，使得器件底層的納米孔與目標細胞形成精準的空間并列。在施加低電場時，高阻抗的納米孔道產生顯著的電場聚焦效應，在細胞膜局部可逆、安全的打開細胞膜。同時，孔道內形成的高強度電場梯度會驅動強大的電泳力，將藥物或基因載荷的遞送速度提升近千倍，從而在低工作電壓下同步達成高效率、高安全性的細胞內遞送——實現 "納米電穿孔"效應。
研究團隊在多種動物模型和離體人類組織上驗證了POCKET的強大功能。首先，結合其高度空間控制能力，創立了一套在卵巢上的治療策略，在模擬人BRCA1突變的小鼠模型中，POCKET成功將功能性BRCA1-Plasmid遞送至全卵巢表面細胞（OSE）內，產生長效的降低癌癥發生風險的目的，而不會進入卵巢內的生殖細胞，干擾基因組。同時刺激OSE細胞分泌定制的包裹有Brca1 mRNA的外泌體（不具有基因組編輯能力），向內改善卵巢早衰的癥狀。這一策略使得治療后卵巢的DNA損傷顯著降低，癌癥發生率在一個治療周期內降至零。更重要的是，卵巢的激素分泌功能、卵子質量及生育能力均得到恢復，產生的后代健康。這為攜帶致癌基因突變的女性提供了無需切除卵巢即可防癌、并保留生育力的有效方案。
常見的腎移植手術中，腎臟缺血再灌注導致損傷，會引起腎功能不可逆的功能問題。為解決該問題，POCKET被植入腎臟表面，與腎臟器官進行大面積共形，進行持續、穩定地全腎臟器官水平上遞送抗炎藥物地塞米松。長期實驗結果顯示，與口服給藥相比，POCKET局部遞送在顯著促進腎小管修復、保護腎功能的同時，幾乎完全避免了口服激素引發的骨質疏松、免疫力下降等全身性副作用，展示了其在慢性病管理中的優勢。
POCKET平臺技術為卵巢癌預防、器官損傷修復等疾病精準治療提供了新工具，通過融合柔性電子、微納加工、無線供能等技術，實現了植入式器件的精準操控與長效工作，可擴展至肝臟、心臟、肺部等多種內臟器官的疾病治療、再生修復和功能調控，為未來生物電子醫學的發展開辟了新范式。
在國家自然科學基金杰青項目和科技部重點研發專項的持續支持下，常凌乾團隊成功實現了"NEP納米電穿孔"技術從實驗室到產業的跨越。基于該核心技術孵化的高科技產業化公司已完成多輪融資。首款轉化產品——"Ultra-NEP超透儀"已應用于皮膚健康等領域。未來，團隊將進一步拓展其在醫療級設備領域的應用。
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