长期以来,遗传性卵巢癌高风险人群的预防与干预面临两难选择。
以携带BRCA1等致病突变的患者为例,临床实践中常采用切除双侧卵巢和输卵管以降低癌症风险,但由此带来的生育能力不可逆丧失,使不少家庭承受沉重代价。
如何在降低肿瘤发生风险的同时尽可能保全器官功能,成为妇科肿瘤防治领域亟待突破的难题。
造成这一困境的关键原因,在于现有基因治疗路径在生殖相关器官上的安全边界更为严苛。
病毒载体等方式虽在部分疾病治疗中显示潜力,但其可能整合入生殖细胞基因组并带来遗传层面的不确定性,令卵巢等敏感器官的应用受到严格限制。
换言之,技术有效性与生物安全性之间的矛盾,使“能不能用、敢不敢用”成为绕不开的问题。
面向这一“禁区难题”,北京航空航天大学医学科学与工程学院常凌乾教授团队联合机械工程及自动化学院徐晔教授团队,并与北京大学第一医院、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协同开展研究,提出以物理手段替代传统生物载体路径的解决思路:通过电穿孔在细胞膜上瞬时形成可控通道,实现药物或核酸分子的进入;在递送深度和作用范围可控的前提下,优先对器官表面体细胞进行干预,从而尽量规避对生殖细胞的潜在影响。
然而,新思路落地还要跨过“器官形态”这道工程门槛。
卵巢表面并非规则平面,而是起伏明显、沟壑纵横,传统硬质或低共形电穿孔器件难以贴合,导致电场分布不均、递送效率不稳定、可控性不足,难以满足精准医学对“稳定、可重复、可量化”的要求。
临床真正需要的不是一次性“能做”,而是能够标准化、可推广的“做得好、做得稳”。
针对贴合与覆盖的矛盾,研究团队从传统剪纸结构中汲取灵感,提出“器官定制化剪纸共形理论”,建立剪纸结构几何参数与器官曲率、材料属性之间的定量关系。
其核心在于以器官三维形态为基础,实现器件结构的个性化生成,使贴片在复杂曲面上既能实现高共形贴合,又尽可能保留有效工作面积。
据报道,相关贴片在器官表面的有效覆盖率可超过95%,为解决“高共形”与“高覆盖”难以兼得的问题提供了可工程化的路径。
在此基础上,团队研发出柔性可植入生物电子器件平台POCKET。
该平台形态上如同可定制的“口袋”,可贴合不同器官表面并稳定工作;机理上结合纳米电穿孔效应,实现更温和、可控的分子递送;系统层面融合柔性电子、微纳加工与无线供能等技术,为植入式器件的精准操控与长效运行提供支撑。
相关研究成果近日发表于国际学术期刊《细胞》,显示出交叉融合在解决临床难点中的独特优势。
从影响看,这一平台为卵巢癌预防、器官损伤修复等方向提供了新的技术工具。
一方面,若能在确保安全边界的前提下实现对器官表面细胞的精准干预,有望为高风险人群提供更具“器官保留”意义的干预选项;另一方面,平台具备可扩展性,可望延伸至肝脏、心脏、肺等多种内脏器官的疾病治疗、再生修复与功能调控,为生物电子医学探索新的技术范式。
更重要的是,它将“精准递送”从单点、局部拓展到“全器官可控覆盖”,为未来更精细的治疗策略提供了硬件底座。
在对策与推进路径上,研究团队强调以工程化与临床需求牵引的协同创新。
依托国家自然科学基金相关项目和科技部重点研发专项持续支持,团队推动“纳米电穿孔”关键技术从实验室走向产业化,并孵化相关高科技企业完成多轮融资。
首款转化产品“Ultra-NEP超透仪”已在皮肤健康等领域应用,显示出从核心原理、器件系统到产品落地的转化链条正在形成。
对我国而言,这类从基础研究到应用端的贯通,有助于提升高端医疗装备与关键核心技术的自主供给能力。
展望未来,POCKET平台能否进入更广阔的医疗级应用场景,仍需在安全性评估、长期植入可靠性、个体化制造标准、临床试验设计与监管合规等方面继续完善。
与此同时,随着无线供能、柔性材料与微纳制造能力的持续迭代,植入式生物电子器件的可控性与可推广性有望进一步提升,为更多难治性疾病提供“可量化、可执行、可复制”的技术解决方案。
这项融合工程学智慧与医学需求的突破,不仅为遗传性疾病防治提供了全新工具,更重塑了器官精准治疗的技术范式。
当剪纸艺术的千年智慧邂逅现代纳米技术,中国科学家正以跨学科创新破解生命健康的世纪难题,为全球生物医学发展注入了新动能。
未来,随着技术向心脏、神经系统等领域的延伸,这场由柔性电子引发的医疗革命或将重新定义疾病治疗的疆界。