问题——临床上,部分携带遗传性卵巢相关基因突变(如BRCA1)的高风险人群,为降低肿瘤发生概率,常被建议预防性切除双侧卵巢和输卵管。
该策略虽能显著降低风险,但同时意味着生育能力永久丧失,给个体生活质量和家庭决策带来两难。
如何在不牺牲器官功能的前提下,对卵巢等敏感器官实现更精准、更安全的干预,成为前沿医学亟待破解的现实课题。
原因——一方面,传统基因治疗路径在卵巢等生殖相关器官的应用长期受到安全边界约束:若发生遗传物质进入生殖细胞并产生不可控影响,将带来潜在的长期风险。
另一方面,物理递送方式如电穿孔虽有望通过可控深度实现对体细胞的选择性干预,但实际落地受到器官形态复杂的限制。
卵巢表面沟壑起伏,常规器件难以实现“既贴得紧、又覆盖广”,导致递送不均、效率受限,进而影响可控性和安全性。
这一“形态不匹配”问题,成为制约敏感器官精准递送的关键瓶颈。
影响——针对上述难点,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联合多家科研与临床机构,提出“器官定制化剪纸共形理论”,以定量方式建立剪纸结构参数与器官曲率、材料属性之间的关系,实现对器官表面进行三维特征获取后,“智能生成”最适配的贴合结构。
在此基础上研发的柔性可植入生物电子器件“POCKET”,可在卵巢、眼球、肾脏等多种器官表面实现高共形、大面积贴合,有效覆盖率超过95%,为实现“全器官尺度”的均匀递送奠定基础。
在器件实现路径上,POCKET采用四层功能化结构:与组织直接作用的纳米孔阵列薄膜、用于承载药物的水凝胶储药层、用于形成与调控电场分布的银纳米线电极层,以及提供封装与支撑的柔性基底层。
通过精密加工赋予定制化拓扑结构后,器件可像“电子外衣”一样紧密贴合目标组织,使纳米孔与目标细胞形成更稳定的空间对应关系。
在较低电场条件下,纳米孔道的电场聚焦效应可在细胞膜局部形成可逆通道,并在孔道内产生的电场梯度驱动电泳力,提高药物或基因载荷进入细胞的速度与效率,从而在较低工作电压下兼顾效率与安全,实现“纳米电穿孔”效应。
研究显示,该平台为卵巢癌预防、器官损伤修复等精准治疗提供了新的技术工具,也为植入式生物电子器件的长期、可控工作提供了可行方案。
对策——从科研组织方式看,此项成果体现了多学科协同的路径:以临床难题为牵引,汇聚柔性电子、微纳加工、生物医学工程与无线供能等技术,形成“从需求定义到工程实现再到验证反馈”的闭环。
对行业与管理层面而言,推动这类前沿技术走向可用、可及,需在三方面持续发力:其一,强化针对敏感器官应用的安全评估体系与规范化验证流程,特别是对递送边界、组织反应和长期随访提出更可量化的指标;其二,推进器件定制化流程的标准化与规模化制造能力建设,降低个性化医疗的成本门槛;其三,完善从基础研究到临床转化的多方协作机制,促使创新成果更快进入可验证、可推广的应用场景。
前景——业内认为,柔性可植入生物电子与精准递送技术的融合,有望推动疾病干预从“系统性给药”向“局部、可控、低负担”方向演进。
POCKET平台所展示的跨器官适配能力,为肝脏、心脏、肺部等多种内脏器官的疾病治疗、再生修复与功能调控提供了可拓展的技术框架。
值得关注的是,在国家自然科学基金等项目支持下,相关“纳米电穿孔”核心技术正加速从实验室走向产业端,已形成一定转化基础,部分产品进入应用阶段。
未来,随着材料可靠性、供能方式、长期生物相容性与临床证据体系的进一步完善,植入式生物电子医疗或将在更广范围内形成可复制的应用范式。
从古老剪纸智慧到现代医学突破,这项研究生动诠释了学科交叉创新的巨大潜力。
随着生物电子技术与临床需求的深度融合,以问题为导向的原创性研究正不断打破医学禁区,为人类健康事业贡献中国方案。
未来,如何推动更多实验室成果走向临床普惠,仍需产学研用各环节协同发力。