今年1月，新出版的美国《时代周刊》在其封面上，刊登了一张美国著名影星安吉丽娜·朱莉的正面照。照片上，她因为切除乳腺组织而留下的疤痕分外显眼。
2015年，为避免癌症风险，朱莉宣布“预防性切除”了卵巢和输卵管，而在两年前，她已切除了乳腺，此举引发了全球性关注。
之所以这样做，是由于朱莉被查出携带有BRCA1突变基因，作为“遗传性卵巢基因突变”的一种，这会使她罹患卵巢癌等恶性疾病的概率大大提升。即便是当下，对于这类患者来说，临床也一般建议切除卵巢和输卵管，但这意味着患者将永久丧失生育能力。
巧合的是，就在朱莉选择袒露伤疤的同一个月，在大洋彼岸，北京航空航天大学医学科学与工程学院教授常凌乾团队联合其他科研团队的成果被发表于《细胞》。他们成功研发出一款柔性可植入生物电子器件（POCKET）。该成果一旦应用于临床，将使“朱莉”们再不必在“去除患癌风险”和“失去生育能力”之间“二选一”。
该成果也是北航作为第一完成单位在《细胞》发表的首篇论文。
药物投递需实现“精准打击”
“遗传性卵巢基因突变”作为一种基因缺陷类疾病，却能让现代基因治疗技术对它束手无策，以至于只能采取“切除器官”的原始操作，原因在于卵巢器官相对人体其他器官更加敏感，基因治疗一旦操作不当，便可能整合入生殖细胞基因组，甚至干扰人类基因库的稳定性。
“事实上，放眼整个药物递送领域，不管是口服还是静脉注射，这类常规给药方式都存在类似的痛点问题。”接受《中国科学报》采访时，常凌乾解释说。
一是药物利用效率极低，就好比患者吃进100元的药物，最终能抵达病灶的有效成分可能仅值1元。二是药物副作用显著，由于绝大部分药物并未达到病灶，反而会随着血液循环扩散到全身各处的健康器官，因此极易引发严重的毒副作用。
如何实现在药物投递方面的“精准打击”，在提高治疗效果的同时降低对人体的伤害，这成为了对包括“遗传性卵巢基因突变”在内的众多疾病治疗中，亟待攻克的核心目标。
2022年，在与妇产科临床医生们进行业务探讨时，常凌乾团队发现了他们在治疗“遗传性卵巢基因突变”时的无奈，并随即开展了针对性研究。
在此过程中，他们将目光投向了物理方法——电穿孔技术。
“电穿孔技术的原理并不复杂。”常凌乾说，简单而言，就是将药物直接与目标器官接触，再通过施加电场，在器官细胞膜上瞬时打开小孔，并在毫秒级的时间内，将药物通过小孔传递到细胞内部，从而将药物投递效率提升上千甚至上万倍。
要实现这一目的，需要两个必备条件。一是要在器官表面形成特定的电场，既不破坏原有组织，又能使细胞打开小孔，并将药物推送至细胞内部；二是要让含有药物的器件紧密贴合器官表面，否则将导致药物递送可控性差、效率低无法起到预期作用。
这两个难题中，似乎第二个更容易解决。但事实上，首先被攻克的反而是第一个，即所谓“纳米电穿孔技术”。
剪纸带来的灵感
虽然常凌乾团队在4年前才关注“遗传性卵巢基因突变”的治疗，但对于“纳米电穿孔技术”的相关底层技术研发，他们已经进行了10多年时间。
“这可以算是我们的一个‘标签技术’。”常凌乾笑着说，从早期针对电场的基础研究，到如何精确控制电场强度和精度，以至于如何将相关器件紧密贴合皮肤或植入体内，该团队一步步攻克了系列科学难题，并在2025年5月将“纳米电穿孔技术”的相关成果发表于《自然》。
相比之下，第二个难题的解决要更有“戏剧性”。
常凌乾告诉《中国科学报》，要实现药物在电场作用下的精准投递，必须将相关器件与器官表面高度贴合，彼此间不能有缝隙。但人体卵巢表面崎岖不平，沟壑纵横，传统电穿孔器件无法“高共形贴合”于器官的表面。
这一问题困扰了常凌乾团队很久。最终，他们从一件与研究看似完全无关的技艺中获得了灵感，这项技艺便是——剪纸。
“剪纸技术看似简单，却可以产生极其复杂的结构，并与很多复杂形状产生共型。”常凌乾说，正是从这一传统技艺出发，创造性地提出了“器官定制化剪纸共形理论”。
具体而言，科研团队在给某个人体器官进行治疗时，先通过超声波扫描，建立器官的三维结构特征，并根据结构建立方程函数，并最终计算出针对该器官的定制化参数。
“借助这一参数，我们可以借助飞秒激光技术，将器件切割成彼此连接，但又相对独立的分散部件。”常凌乾说，这有些近似于一串彼此连接的剪纸碎片。通过微介入技术，这些“碎片”会被送入患者的目标器官位置，并进行“组装”，最终形成能够紧紧包裹住器官的“电子外衣”。
据介绍，通过这种方式形成的“电子外衣”，在人体卵巢、眼球、肾脏等不同器官表面的有效覆盖率可以超过95%。这也保证了实现“纳米电穿孔”效应在人体内部的实现。
成本有望低于50元
借助多种动物模型和离体人类组织的验证，这款小小的POCKET器件已展现出强大的治疗功能。
在模拟人BRCA1突变的小鼠模型中，POCKET器件成功将功能性BRCA1基因递送至卵巢表面细胞。这不仅使小鼠的癌症发生率在一个治疗周期内降至零，还能刺激细胞分泌携带相关 mRNA 的外泌体，有效改善卵巢早衰症状。
“这一成果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的全新选择。”常凌乾说。
值得一提的，对于“遗传性卵巢基因突变”的治疗，仅仅是该器件众多应用领域的一小部分。
比如，在肾移植手术中，肾脏缺血再灌注损伤是导致肾功能不可逆损伤的重要原因。研究人员将POCKET 贴片植入肾脏表面，实现了抗炎药物的持续、稳定递送。
此外，POCKET平台技术的应用场景还可扩展至肝脏、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。
值得一提的是，目前该项技术尚处于实验室阶段，其器件成本相对较高。但常凌乾在受访中表示，一旦该技术进入大规模生产阶段，其成本能够大幅降低。
“POCKET器件采用的材料多为聚碳酸酯等常见的塑料板材，成本低廉且可批量化生产。”他表示，通过自动化激光加工和超声快速扫描，单个器件的成本有望控制在50元以内。而根据该团队的规划，未来3~5年，这款器件有望拿到三类医疗器械证，正式走向临床。
“我们希望借助该项技术的产业化，不仅为精准医疗提供全新工具，也能在一定程度上推动整个生物电子医学领域的变革。”常凌乾说。
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