POCKET器件。受访者供图
■本报记者 陈彬
2025年底，好莱坞知名女演员安吉丽娜·朱莉为《时代周刊》法国版创刊号拍摄封面时，首度公开展示了为避免癌症风险而切除乳腺组织留下的疤痕。
朱莉此前被查出携带有BRCA1突变基因——“遗传性卵巢基因突变”的一种，使她罹患卵巢癌等恶性疾病的概率大大提升。为避免癌症风险，2013年，朱莉预防性切除了乳腺、卵巢和输卵管。即便是当下，对于这类人群来说，临床一般也建议切除卵巢和输卵管，但这意味着这些人将永久丧失生育能力。
近期，北京航空航天大学医学科学与工程学院教授常凌乾团队与合作者研发出一款柔性可植入生物电子器件POCKET。这一发表于《细胞》的研究成果如果应用于临床，将使“朱莉”们不必在“去除患癌风险”和“失去生育能力”之间二选一。
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，为何现代基因治疗技术对它束手无策，只能采取“切除器官”的原始操作呢？原因在于卵巢器官相较人体其他器官更加敏感，如果基因治疗操作不当，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，整个药物递送领域，口服或静脉注射这些常规给药方式都存在类似问题。”常凌乾对《中国科学报》说，“此外，还有两个突出问题，一是药物利用效率极低，患者吃了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，由于绝大部分药物未到达病灶，这部分药物会随着血液循环扩散到健康器官，极易引发严重的毒副作用。”
因此，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，这成为诸多疾病治疗中，亟待攻克的核心目标。
2022年，在与妇产科临床医生进行业务探讨时，常凌乾团队了解了他们面对遗传性卵巢基因突变时的无奈，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，就是让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，通过小孔将药物传递到细胞内部，从而使药物投递效率提升上千甚至上万倍。
要达到该目的，有两个必备条件。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。
这两个难题中，似乎第二个更容易解决。但事实上，首先被破解的是第一个，即纳米电穿孔技术。
剪纸带来的灵感
虽然常凌乾团队4年前才关注遗传性卵巢基因突变导致的相关疾病的治疗，但对纳米电穿孔技术的底层技术研发，他们已经进行了10多年。
“这可以算是我们的一个‘标签技术’。”常凌乾说，从早期针对电场的基础研究到精确控制电场强度和精度，再到将相关器件紧密贴合皮肤或植入体内，团队破解了系列科学难题，并在2025年5月将纳米电穿孔技术的相关成果发表于《自然》。
如果说第一个难题的破解是稳扎稳打，那么第二个难题的破解更加有戏剧性。
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，必须使相关器件与器官表面高度贴合。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”于器官表面。
这一问题困扰了常凌乾团队很久。最终，他们从一种与研究看似完全无关的技艺——剪纸中获得了灵感。
“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，他们创造性地提出了“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，再据此建立方程函数，并计算出针对该器官的定制化参数。
“基于这一参数，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”，最终形成能紧紧包裹住器官的“电子外衣”。
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%。这保证了“纳米电穿孔”效应在人体内部的实现。
单个器件成本有望低于50元
在借助多种动物模型和离体人类组织开展的验证中，POCKET器件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（信使核糖核酸）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。
值得一提的是，遗传性卵巢基因突变导致的相关疾病的治疗仅是POCKET器件应用的一小部分。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。
目前，该项技术尚处于实验室阶段，器件成本相对较高。但常凌乾表示，一旦该器件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，成本低廉且可批量生产。”常凌乾说，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。
“我们希望借助该技术的产业化，为精准医疗提供全新工具，同时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。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.12.021
《中国科学报》 (2026-02-12 第3版 综合)
