当前,遗传性疾病的治疗仍面临不少难题。对携带卵巢基因突变的患者,现有临床指南通常建议行双侧卵巢及输卵管切除。该方案可降低有关风险,但也意味着患者将永久失去生育能力。“降风险”与“保生育”的矛盾由此长期存在,也推动科研人员寻找新的解决路径。传统基因治疗手段(如病毒载体)虽在部分领域取得进展,但其潜在风险同样需要正视:外源基因可能整合入生殖细胞基因组,进而影响遗传稳定性。对卵巢等生殖器官来说——这类风险难以接受。因此——医学界亟需一种既能实现有效治疗、又尽量避免遗传风险的新技术方案。 因此,北京航空航天大学医学科学与工程学院常凌乾教授团队、机械工程及自动化学院徐晔教授团队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机构,将研究重点转向电穿孔技术。电穿孔通过施加电场在细胞膜上瞬时形成通道,具有可控性强、安全性较高等特点。但在器官应用中仍有关键瓶颈:人体器官表面常呈不规则起伏与沟壑结构,传统平面电穿孔器件难以充分贴合,导致递送的可控性与效率明显受限。 为破解贴合难题,研究团队提出跨学科思路,从中国传统剪纸艺术中获得启发,创新提出“器官定制化剪纸共形理论”。该理论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。团队通过对患者器官进行三维扫描,并借助智能算法生成适配的尺寸参数,从而设计出可在特定曲率器官表面实现高度共形贴合、并尽可能保留有效功能面积的剪纸贴片。 基于该理论,研究团队深入研发出POCKET柔性可植入生物电子器件。器件采用四层功能化结构设计,可在不同物种、多种器官表面实现类似“电子外衣”的大面积、高共形贴合。借助纳米电穿孔效应,POCKET能够在全器官范围内实现安全、精准的药物递送或基因转染。研究团队已在多种动物模型及离体人类组织中验证了其性能与可行性。 从应用前景看,POCKET平台不局限于卵巢疾病治疗,还可拓展至肝脏、心脏、肺等多种内脏器官,在器官损伤修复、疾病精准治疗与功能调控等方向具备进一步探索价值。该成果的发表,说明了我国在生物电子医学领域的阶段性进展,也为精准医疗的技术路径提供了新的思路。
这项研究从临床“保命与保育”的现实矛盾出发,以可计算的结构设计应对复杂器官界面的贴合难题,展现了医学需求牵引下的跨学科协同创新。面向未来,只有在明确安全边界、形成可重复验证的证据基础上,将先进器件转化为可用、可及、可推广的临床方案,才能让更多患者在风险控制与生活质量之间拥有更可行的选择。