北航团队研发器官共形生物电子器件 剪纸结构实现精准药物递送新突破

问题:精准治疗的需求与“敏感器官禁区” 在临床实践中,遗传性卵巢基因突变相关风险管理长期面临两难:一方面,需要通过有效手段降低肿瘤发生风险;另一方面,常见的预防性手术往往意味着生育能力的不可逆损失。

与此同时,面向卵巢等敏感器官的治疗策略还需严格避免对生殖细胞造成影响。

传统药物治疗存在全身暴露带来的副作用,现有部分基因治疗方式也因潜在风险而难以在特定器官场景中推广,精准、可控、可验证的局部递送技术成为迫切需求。

原因:器官表面“高曲率+不规则”限制了既有技术 从技术角度看,电穿孔是一种以物理方式瞬时改变细胞膜通透性的手段,理论上可通过控制电场强度与作用范围,实现局部、分层的分子递送,从而更有可能把干预限定在器官表层体细胞,降低对生殖细胞的扰动。

然而现实挑战在于,卵巢等器官表面并非平整面,存在沟壑起伏、曲率变化大等特点,常规贴片或电穿孔装置难以实现稳定贴合,容易产生电场分布不均、有效接触面积不足等问题,导致递送深度与剂量难以精准控制,效率和安全性均受到制约。

影响:从“可做”走向“可控”,带来治疗范式变化 此次发表于《细胞》的研究提出柔性可植入生物电子器件“POCKET”,核心突破之一在于“能贴得住、贴得稳、贴得广”。

团队从传统剪纸结构获得启发,建立“器官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、材料属性建立定量对应关系,相当于为不同器官生成可计算、可制造的“专属外衣”。

据研究介绍,该方法在保证器件完全共形的同时尽可能保留功能面积,有效覆盖率超过95%,缓解了以往“贴合性与覆盖面积难兼顾”的痛点。

在功能实现上,POCKET采用四层结构:与组织直接接触的纳米孔阵列薄膜、负载药物的水凝胶储药层、用于电场分布调控的银纳米线电极层以及柔性基底封装支撑层,并通过精密加工形成可定制拓扑结构,使其能够在卵巢、眼球、肾脏等多种器官表面实现大面积、稳定贴合。

基于“纳米电穿孔效应”,器件可在局部实现高效递送或基因转染,为精确控制干预范围提供了新的工程抓手。

更值得关注的是,局部递送带来的系统性收益不止于“效率提升”。

研究显示,在肾脏相关模型的长期实验中,与口服给药相比,POCKET局部递送在促进肾小管修复、保护肾功能的同时,显著降低了口服激素可能引发的骨质疏松、免疫力下降等全身性副作用。

这提示其在慢性病管理中具备“疗效与耐受性兼顾”的潜力,有望减少长期用药负担与并发症风险。

对策:以跨学科协同推动从实验室走向应用场景 前沿交叉技术要转化为可用工具,离不开“工程可制造、医疗可验证、监管可评估”的系统路径。

该研究由北京航空航天大学团队牵头,并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机构协作,体现出从器件设计、微纳加工到临床需求牵引的协同机制。

研究在国家自然科学基金相关项目和科技部重点研发专项支持下推进,团队也在探索实现从实验室到产业化的跨越。

面向临床应用,下一阶段仍需围绕安全边界、稳定性与可重复性展开验证:包括不同器官长期植入后的组织反应、无线供能与操控的可靠性、递送剂量与电刺激参数的标准化,以及围绕敏感器官场景的伦理与风险评估体系建设。

前景:生物电子医学有望形成可扩展的平台化能力 从技术可扩展性看,POCKET平台并非针对单一器官的“专用器械”,其器官扫描、结构生成与共形贴合的思路可迁移至肝脏、心脏、肺部等多种内脏器官,结合柔性电子、微纳加工与无线供能等技术,有望在疾病治疗、再生修复与功能调控方面形成平台化方案。

未来若能在临床试验中进一步证明其安全性与疗效,并建立与现有治疗体系可衔接的操作规范,这类“贴合器官的可控递送装置”可能推动治疗从“以全身给药为主”向“局部精准干预+长期管理”转变,为肿瘤预防、器官修复以及慢病管理提供新的工具箱。

这项融合古老智慧与现代科技的创新成果,不仅为重大疾病治疗提供了中国方案,更展现了跨学科研究的巨大潜力。

在医疗技术日益精准化、个性化的今天,POCKET技术的突破或许将重新定义未来器官治疗的范式,其背后体现的"从0到1"原始创新精神,正是推动我国科技自立自强的核心动力。