近日，国际学术期刊《细胞》报道了北京航空航天大学医学科学与工程学院常凌乾教授团队与机械工程及自动化学院徐晔教授团队在前沿交叉医学领域取得的最新进展：《一种剪纸结构的器官共形生物电子器件用于细胞精准递送》。他们联合北京大学第一医院、中国医学科学院肿瘤医院、香港城市大学、美国伊利诺伊大学等单位，研发出一款柔性可植入生物电子器件（POCKET），该器件如同一个智能“口袋”，通过个性化定制，可实现完美贴合于复杂形状的器官表面，并通过“纳米电穿孔效应”，实现安全、高效、精准的全器官药物递送或基因转染。
对于遗传性卵巢基因突变的患者，临床指南一般建议切除双侧卵巢和输卵管，但这意味着永久丧失生育能力。现有的基因治疗技术，因存在干扰人类基因库等潜在风险，在卵巢等敏感器官上的应用被视为禁区。研究团队将目光转向物理方法——电穿孔，即施加电场在细胞膜上，瞬时打开细胞膜，理论上可以通过精确控制递送深度，实现针对卵巢表面的体细胞的基因干预，从而避免生殖细胞污染。然而，卵巢表面崎岖不平，沟壑纵横，传统电穿孔器件无法实现“高共形贴合”于器官表面，导致药物递送可控性差、效率低，无法从根本上实现精准治疗。
据介绍，常凌乾团队与徐晔团队合作，从传统剪纸艺术中汲取灵感，创造性地提出了“器官定制化剪纸共形理论”。该理论首次建立了剪纸结构几何参数（如单元尺寸、铰链宽度）与器官曲率、材料属性之间的定量关系，为器官进行“三维扫描”，并“智能生成”最合身的外衣尺寸，从而指导设计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积的剪纸贴片，有效覆盖率超过95%，攻克了“高共形”与“高覆盖”不可兼得的难题。
POCKET器件采用四层功能化设计：与组织直接接触的纳米孔阵列薄膜、用于负载药物的水凝胶储药层、负责电场分布的银纳米线电极层以及起封装支撑作用的柔性基底层。这四层结构通过飞秒激光精密加工，被赋予定制化的剪纸拓扑，从而能够在不同物种的多种器官表面，如卵巢、眼球、肾脏，实现高度共形、大面积的贴合。
POCKET平台技术为卵巢癌预防、器官损伤修复等提供了新工具，通过融合柔性电子、微纳加工、无线供能等技术，实现了植入式器件的精准操控与长效工作，可扩展至肝脏、心脏、肺部等多种内脏器官的疾病治疗、再生修复和功能调控，为未来生物电子医学的发展开辟了新范式。长期实验结果显示，与口服给药相比，POCKET局部递送在显著促进肾小管修复、保护肾功能的同时，几乎完全避免了口服激素引发的骨质疏松、免疫力下降等全身性副作用，展示了其在慢性病管理中的优势。
在国家自然科学基金杰青项目和科技部重点研发专项的持续支持下，常凌乾团队成功实现了相关技术从实验室到产业的跨越。未来，团队将进一步拓展其在医疗级设备领域的应用。（记者刘博超）
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