我国科研团队研发柔性生物电子器件 创新实现器官表面精准药物递送

问题——在部分遗传性卵巢基因突变人群中,临床风险管理长期面临两难:一方面,降低恶性肿瘤发生风险需要更强的预防手段;另一方面,传统策略往往指向切除双侧卵巢和输卵管,这将直接带来不可逆的生育能力丧失与内分泌改变。

对于患者与家庭而言,如何在安全性、有效性与生活质量之间取得平衡,是现实且紧迫的临床需求。

原因——基因与药物递送技术“能不能用”“敢不敢用”,关键取决于对敏感器官的安全边界把控。

以病毒载体等生物学方式为代表的方案,虽在部分领域展现潜力,但在生殖相关器官应用上存在更高审慎要求:一旦出现外源遗传物质与生殖细胞基因组发生不当相互作用,可能带来难以评估的长期风险。

这使得卵巢等器官的精准递送更需要可控、可逆、风险可管理的路径。

与此同时,电穿孔等物理方法被认为具备“短时作用、空间可控”的优势,但传统器件难以顺应卵巢表面沟壑纵横、曲率变化显著的结构特征,贴合不充分就会导致电场分布不均、递送效率波动,进而影响疗效与安全窗口。

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,研发柔性可植入生物电子器件POCKET。

该器件以“电子外衣”方式覆盖器官表面,可在复杂曲率上实现大面积、稳定贴合,并借助纳米电穿孔效应实现全器官范围的药物递送或基因转染。

相关成果发表于国际期刊《细胞》。

据团队介绍,该平台在多种动物模型及离体人类组织中得到验证,显示出在递送均一性、作用效率与组织适配性方面的综合优势,为“让治疗精准到整个器官表面”提供了可工程化的实现途径。

对策——实现从概念到可用工具,核心在于把“贴得住、贴得稳、贴得准”变成可量化、可设计、可复现的工程问题。

研究团队从传统剪纸结构中获取启发,提出面向器官的定制化剪纸共形理论,将剪纸单元尺寸、铰链宽度等几何参数与器官曲率、材料力学属性建立定量关系,并结合器官三维扫描与智能生成设计,使贴片在特定器官曲率上既能完全共形,又尽可能保留有效功能面积。

POCKET采用四层功能化结构设计,兼顾柔顺贴合、稳定植入与电刺激/递送功能集成,使其不仅能适配卵巢,也具备向多器官扩展的工程基础。

这一路径的意义在于,以更可控的物理机制与可定制的结构设计,降低敏感器官递送的系统性风险,并为临床转化提供更清晰的参数化依据。

前景——从疾病谱看,该平台具备多方向拓展潜力:在肿瘤预防与高风险人群干预方面,可为卵巢癌预防策略提供新的工具选项;在再生医学与损伤修复方面,若能与生长因子、核酸药物等结合,有望提升局部治疗的时空精度;在器官功能调控方面,器件化、可植入、可定制的特点也为个体化医疗提供了新的载体形态。

面向更广泛的肝脏、心脏、肺部等内脏器官应用,下一阶段的关键在于:进一步系统评估长期生物相容性与安全性;明确不同器官、不同病种的最优电场参数与递送方案;推动工艺标准化与可规模化制造;并在严格伦理与监管框架下,稳妥推进临床研究。

随着生物电子与临床需求的深度耦合,此类“器官级精准递送”的新范式有望加速从实验验证走向规范应用。

这项融合传统智慧与现代科技的创新成果,展现了跨学科研究的强大生命力。

它不仅为解决临床难题提供了中国方案,更彰显了我国在生物医学工程领域的创新能力。

随着技术的不断完善,这项突破有望为更多疑难疾病的治疗带来希望,推动精准医疗迈向新高度。