我国科研团队研发柔性植入生物电子器件 创新电穿孔技术实现精准药物递送

问题——临床上,部分携带遗传性卵巢基因突变的患者面临高风险与高代价的两难选择。

按照相关临床建议,切除双侧卵巢和输卵管可降低患病风险,但往往意味着永久失去生育能力。

与此同时,基因治疗等新技术在特定敏感器官应用仍需谨慎:以病毒载体为代表的递送方式存在潜在生物安全与长期影响顾虑,限制了其在卵巢等器官的临床可及性。

如何在安全边界内实现对关键器官的精准干预,成为医生与科研人员共同面对的现实难题。

原因——从技术路径看,电穿孔作为物理方法具有“瞬时开孔、促进分子进入细胞”的特点,被认为可能在一定程度上绕开载体带来的风险。

然而,传统电穿孔器件多适用于相对平整的组织表面,面对卵巢等器官“表面崎岖、沟壑纵横、曲率复杂”的生理结构时,难以做到稳定贴合与均匀施加电场,进而导致递送范围难以覆盖、剂量与效果不易控制、效率与可重复性受限。

问题的关键不止在“有没有电场”,更在于“电场如何被准确送到每一处需要的位置”。

影响——针对上述瓶颈,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单位,研发出柔性可植入生物电子器件POCKET。

研究团队从传统剪纸艺术结构中获得启发,提出“器官定制化剪纸共形理论”,建立剪纸单元尺寸、铰链宽度等几何参数与器官曲率、材料属性之间的定量关联,进而可对器官进行三维扫描并生成匹配的外衣尺寸与结构设计,使贴片在复杂曲面上实现高共形贴合,并尽量保留有效功能面积。

该器件采用四层功能化设计,可在卵巢、眼球、肾脏等多种器官表面形成“电子外衣”式覆盖,并利用纳米电穿孔效应完成全器官尺度的药物递送或基因转染。

相关成果发表于国际学术期刊《细胞》。

从医学意义看,这一方向为“更精细、更少创伤、更可控”的器官级治疗提供了新的工程化工具。

若能在临床验证中持续证明安全性与有效性,有望为卵巢癌预防、器官损伤修复等场景带来可选择的精准干预手段,也为将柔性电子技术深入到复杂内脏器官提供了可复制的方法学基础。

对策——推动此类植入式生物电子技术走向临床应用,需要在科研突破之外形成系统化路径:其一,持续完善从器官扫描、结构生成、器件制备到植入操作的标准流程,提高不同医院、不同术者条件下的一致性与可推广性;其二,围绕电穿孔参数、递送剂量、覆盖范围、组织反应等关键指标建立更严格的评估体系,明确适应证与禁忌证,降低不确定性;其三,强化材料生物相容性、长期稳定性与无线供能等工程环节的可靠性验证,确保“可控、可重复、可追溯”;其四,推动跨学科协同常态化,由临床需求牵引工程设计,同时以工程可实现性反哺临床策略优化。

前景——研究团队表示,POCKET平台已在多种动物模型和离体人类组织上验证其功能,并通过融合柔性电子、微纳加工、无线供能等技术实现植入式器件的精准操控与长效工作。

更值得关注的是,该“剪纸共形”方法并不局限于某一器官:在理论与制造能力支撑下,方案可向肝脏、心脏、肺等更多复杂内脏拓展,服务于疾病治疗、再生修复与功能调控等多类需求,为生物电子医学提供新的技术范式。

与此同时,围绕核心技术的产业化也在推进,相关孵化企业已完成多轮融资,转化产品“Ultra-NEP超透仪”已在皮肤健康等领域应用,显示出从基础研究到应用落地的加速度。

下一步,如何在医疗级设备监管框架下完成更高标准的安全验证与临床试验,将决定其能否从“可用”走向“常用”。

从古老剪纸技艺到现代医疗突破,这项研究生动诠释了传统智慧与现代科技的完美融合。

在健康中国战略指引下,我国科研人员正以创新思维破解临床难题,不仅为患者带来新希望,更彰显了跨学科协同创新的巨大潜力。

随着核心技术的持续突破,生物电子医学或将成为我国医疗科技"弯道超车"的重要赛道。