前沿交叉醫(yī)學(xué)領(lǐng)域新突破：北航團(tuán)隊(duì)研發(fā)柔性可植入生物電子器件

中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 梁丹）1月28日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊Cell報(bào)道了北京航空航天大學(xué)醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院常凌乾教授團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院徐曄教授團(tuán)隊(duì)，在前沿交叉醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得的最新進(jìn)展。他們聯(lián)合北京大學(xué)第一醫(yī)院、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院、香港城市大學(xué)、美國伊利諾伊大學(xué)等單位，研發(fā)出一款柔性可植入生物電子器件（POCKET），如同一個(gè)智能“口袋”，通過個(gè)性化定制，可實(shí)現(xiàn)完美貼合于復(fù)雜形狀的器官表面，并通過“納米電穿孔效應(yīng)”，實(shí)現(xiàn)安全、高效、精準(zhǔn)的全器官藥物遞送或基因轉(zhuǎn)染。

該項(xiàng)研究始于一個(gè)令醫(yī)生深感無力的臨床問題：對于遺傳性卵巢基因突變（如BRCA1）的患者，臨床指南一般建議切除雙側(cè)卵巢和輸卵管，以避免癌癥發(fā)生，但這意味著永久喪失生育能力。“醫(yī)生，就真的沒有別的辦法了嗎？”患者經(jīng)常含淚追問。然而，現(xiàn)有的基因治療技術(shù)，如病毒載體，因存在整合入生殖細(xì)胞基因組、干擾人類基因庫的潛在風(fēng)險(xiǎn)，在卵巢這類敏感器官上應(yīng)用被視為禁區(qū)。

針對該問題，研究團(tuán)隊(duì)將目光轉(zhuǎn)向物理方法——電穿孔，即施加電場在細(xì)胞膜上，瞬時(shí)打開細(xì)胞膜，理論上可以通過精確控制遞送深度，實(shí)現(xiàn)針對卵巢表面的體細(xì)胞的基因干預(yù)，從而避免生殖細(xì)胞污染。然而，卵巢表面崎嶇不平，溝壑縱橫，傳統(tǒng)電穿孔器件無法實(shí)現(xiàn)“高共形貼合”于器官表面，導(dǎo)致藥物遞送可控性差、效率低，無法從根本上精準(zhǔn)治療，解決這類“禁區(qū)難題”。

面對這一核心問題，常凌乾團(tuán)隊(duì)與徐曄團(tuán)隊(duì)合作，從傳統(tǒng)“剪紙”藝術(shù)中汲取靈感，創(chuàng)造性地提出了“器官定制化剪紙共形理論”。該理論首次建立了剪紙結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)（如單元尺寸、鉸鏈寬度）與器官曲率、材料屬性之間的定量關(guān)系，為器官進(jìn)行“三維掃描”，并“智能生成”最合身的外衣尺寸，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)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積的剪紙貼片，有效覆蓋率>95%，攻克了“高共形”與“高覆蓋”不可兼得的難題。

POCKET平臺技術(shù)為卵巢癌預(yù)防、器官損傷修復(fù)等疾病精準(zhǔn)治療提供了新工具，通過融合柔性電子、微納加工、無線供能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了植入式器件的精準(zhǔn)操控與長效工作，可擴(kuò)展至肝臟、心臟、肺部等多種內(nèi)臟器官的疾病治療、再生修復(fù)和功能調(diào)控，為未來生物電子醫(yī)學(xué)的發(fā)展開辟了新范式。在國家自然科學(xué)基金杰青項(xiàng)目和科技部重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)的持續(xù)支持下，常凌乾團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了“NEP納米電穿孔”技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)的跨越。基于該核心技術(shù)孵化的高科技產(chǎn)業(yè)化公司已完成多輪融資。首款轉(zhuǎn)化產(chǎn)品——“Ultra-NEP超透儀”已應(yīng)用于皮膚健康等領(lǐng)域。未來，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步拓展其在醫(yī)療級設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用。

定制化POCKET器件。學(xué)校供圖