北航新闻网1月28日电（通讯员 王津墨）传统药物递送方法（如口服、静脉注射），由于递送路径长、时空可控性差，在面向结构复杂的器官（如卵巢、肾脏）疾病治疗时，长期存在着“药物递送效率低、安全风险高”等问题。以卵巢疾病（如卵巢早衰）为例，现有递送技术，由于缺乏时空精准性，易导致生殖细胞意外转染，从而产生不可预知风险。至今，该领域缺乏一种高效且全器官时空可控的递送技术。在北航，青年教师带领博士生科研团队，不同学院间学科交叉合作产出，在这一领域取得突破。

2026年1月28日，国际顶级学术期刊Cell报道了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，在前沿交叉医学领域取得的最新进展：《An organ-conformal, kirigami-structured bioelectronic patch for precise intracellular delivery》。他们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，在该领域取得重大突破：团队研发出一款柔性可植入生物电子器件（POCKET），如同一个智能“口袋”，通过个性化定制，可实现完美贴合于复杂形状的器官表面，并通过“纳米电穿孔效应”，实现安全、高效、精准的全器官药物递送或基因转染。

北京航空航天大学作为第一完成单位，成果第一作者为北航生物与医学工程学院卓百博士后、香港城市大学博士后王玉琼，共同一作为北航机械工程及自动化学院博士生杜腊梅、北航生物与医学工程学院博士生吴晗，通讯作者为北京航空航天大学教师常凌乾、徐晔、樊瑜波。

研究背景：始于临床

该工作始于一个令医生深感无力的临床问题：对于遗传性卵巢基因突变（如BRCA1）的患者，临床指南一般建议切除双侧卵巢和输卵管，以避免癌症发生，但这意味着永久丧失生育能力。“医生，就真的没有别的办法了吗？”患者经常含泪追问。然而，现有的基因治疗技术，如病毒载体，因存在整合入生殖细胞基因组、干扰人类基因库的潜在风险，在卵巢这类敏感器官上应用被视为禁区。

针对该问题，研究团队将目光转向物理方法——电穿孔，即施加电场在细胞膜上，瞬时打开细胞膜，理论上可以通过精确控制递送深度，实现针对卵巢表面的体细胞的基因干预，从而避免生殖细胞污染。然而，卵巢表面崎岖不平，沟壑纵横，传统电穿孔器件无法实现“高共形贴合”于器官表面，导致药物递送可控性差、效率低，无法从根本上精准治疗，解决这类“禁区难题”。

突破瓶颈：剪纸艺术

面对这一核心问题，常凌乾团队与徐晔团队合作，从传统“剪纸”艺术中汲取灵感，创造性地提出了“器官定制化剪纸共形理论”。该理论首次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，为器官进行“三维扫描”，并“智能生成”最合身的外衣尺寸，从而指导设计出在特定曲率器官上既能完全共形、又最大限度保留功能面积的剪纸贴片，有效覆盖率＞95%，攻克了“高共形”与“高覆盖”不可兼得的难题。

图1基于剪纸结构的共形理论

器官的电子外衣：精准高效递送

POCKET器件采用四层功能化设计：与组织直接接触的纳米孔阵列薄膜、用于负载药物的水凝胶储药层、负责电场分布的银纳米线电极层，以及起封装支撑作用的柔性基底层。这四层结构通过飞秒激光精密加工，被赋予定制化的剪纸拓扑，从而能够在不同物种的多种器官表面——如卵巢、眼球、肾脏——实现高度共形、大面积的贴合。

这种“电子外衣”般的紧密贴合，使得器件底层的纳米孔与目标细胞形成精准的空间并列。在施加低电场时，高阻抗的纳米孔道产生显著的电场聚焦效应，在细胞膜局部可逆、安全的打开细胞膜。同时，孔道内形成的高强度电场梯度会驱动强大的电泳力，将药物或基因载荷的递送速度提升近千倍，从而在低工作电压下同步达成高效率、高安全性的细胞内递送——实现“纳米电穿孔”效应。

图2：定制化POCKET器件

疗效验证（1）：守护生育希望

研究团队在多种动物模型和离体人类组织上验证了POCKET的强大功能。首先，结合其高度空间控制能力，创立了一套在卵巢上的治疗策略，在模拟人BRCA1突变的小鼠模型中，POCKET成功将功能性BRCA1-Plasmid递送至全卵巢表面细胞（OSE）内，产生长效的降低癌症发生风险的目的，而不会进入卵巢内的生殖细胞，干扰基因组。同时刺激OSE细胞分泌定制的包裹有Brca1 mRNA的外泌体（不具有基因组编辑能力），向内改善卵巢早衰的症状。这一策略使得治疗后卵巢的DNA损伤显著降低，癌症发生率在一个治疗周期内降至零。更重要的是，卵巢的激素分泌功能、卵子质量及生育能力均得到恢复，产生的后代健康。这为携带致癌基因突变的女性提供了无需切除卵巢即可防癌、并保留生育力的有效方案。

图3. POCKET实现卵巢的精准基因治疗

疗效验证（2）：修复器官损伤

常见的肾移植手术中，肾脏缺血再灌注导致损伤，会引起肾功能不可逆的功能问题。为解决该问题，POCKET被植入肾脏表面，与肾脏器官进行大面积共形，进行持续、稳定地全肾脏器官水平上递送抗炎药物地塞米松。长期实验结果显示，与口服给药相比，POCKET局部递送在显著促进肾小管修复、保护肾功能的同时，几乎完全避免了口服激素引发的骨质疏松、免疫力下降等全身性副作用，展示了其在慢性病管理中的优势。

图4 POCKET实现时间可控的肾脏长期给药

POCKET技术转化和临床应用

POCKET平台技术为卵巢癌预防、器官损伤修复等疾病精准治疗提供了新工具，通过融合柔性电子、微纳加工、无线供能等技术，实现了植入式器件的精准操控与长效工作，可扩展至肝脏、心脏、肺部等多种内脏器官的疾病治疗、再生修复和功能调控，为未来生物电子医学的发展开辟了新范式。

在国家自然科学基金杰青项目和科技部重点研发专项的持续支持下，常凌乾团队成功实现了“NEP纳米电穿孔”技术从实验室到产业的跨越。基于该核心技术孵化的高科技产业化公司已完成多轮融资。首款转化产品——“Ultra-NEP超透仪”已应用于皮肤健康等领域。未来，团队将进一步拓展其在医疗级设备领域的应用。

图5.基于POCKET的技术转化成果：Ultra-NEP超透仪

论文链接：https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)01434-5

（审核：李德玉）

编辑：史越