打破校史！北航發(fā)表首篇Cell

2026年1月27日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊Cell在線發(fā)表了一篇來自中國的重磅研究成果。

這不僅是北京航空航天大學(xué)建校以來首次以第一完成單位在該期刊發(fā)表研究論文，更標(biāo)志著醫(yī)工交叉領(lǐng)域一項里程碑式的突破——一款名為POCKET（Patch for Organ-Conformal, Kirigami-Structured Electro-Transfection）的柔性生物電子器件，為復(fù)雜器官疾病的精準(zhǔn)治療提供了全新的技術(shù)范式。

從臨床絕望到技術(shù)曙光：當(dāng)卵巢癌預(yù)防遭遇"生育禁區(qū)"

這項研究的起點，源于臨床上的一道無解難題。對于攜帶BRCA1等遺傳性基因突變的女性患者，目前臨床指南的標(biāo)準(zhǔn)建議往往是預(yù)防性切除雙側(cè)卵巢和輸卵管——這意味著徹底放棄生育能力。盡管基因治療在理論上提供了希望，但傳統(tǒng)病毒載體存在整合入生殖細(xì)胞基因組的風(fēng)險，在卵巢這類敏感器官上始終被視為"禁區(qū)"。

"醫(yī)生，就真的沒有別的辦法了嗎？"患者含淚的追問，成為了驅(qū)動這支跨學(xué)科團隊攻關(guān)的原始動力。北京航空航天大學(xué)醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院常凌乾教授團隊與機械工程及自動化學(xué)院徐曄教授團隊意識到，要破解這一困局，必須開發(fā)一種既能精準(zhǔn)靶向體細(xì)胞、又能完全規(guī)避生殖細(xì)胞的物理遞送技術(shù)。

剪紙藝術(shù)遇見生物電子："器官定制化"共形理論的誕生

卵巢表面的崎嶇不平、溝壑縱橫，使得傳統(tǒng)電穿孔器件難以實現(xiàn)與器官表面的"高共形貼合"，導(dǎo)致電場分布不均、藥物遞送效率低下。面對這一瓶頸，研究團隊從中國傳統(tǒng)剪紙藝術(shù)（Kirigami）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)（單元尺寸、鉸鏈寬度）與器官曲率、材料屬性之間的定量數(shù)學(xué)關(guān)系。通過對器官進行"三維掃描"，算法能夠"智能生成"最貼合的剪紙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，指導(dǎo)設(shè)計出既完全共形、又最大限度保留功能面積的貼片。實驗數(shù)據(jù)顯示，這種設(shè)計實現(xiàn)了有效覆蓋率超過95%，成功攻克了"高共形"與"高覆蓋"不可兼得的技術(shù)矛盾。

基于這一理論，POCKET器件采用四層精密功能化設(shè)計：直接接觸組織的納米孔陣列薄膜、負(fù)載藥物的水凝膠儲藥層、負(fù)責(zé)電場分布的銀納米線電極層，以及起封裝支撐作用的柔性基底。四層結(jié)構(gòu)通過飛秒激光精密加工，賦予其定制化的剪紙拓?fù)洌蛊淠軌蛳?電子外衣"般完美貼合卵巢、眼球、腎臟等不同物種的多種復(fù)雜器官表面。

納米電穿孔：低電壓下的高效安全遞送

當(dāng)POCKET緊密貼合器官表面時，器件底層的納米孔與目標(biāo)細(xì)胞形成精準(zhǔn)空間并列。在施加低電場條件下，高阻抗的納米孔道產(chǎn)生顯著的電場聚焦效應(yīng)，可逆性地在細(xì)胞膜局部打開通道。同時，孔道內(nèi)形成的高強度電場梯度驅(qū)動強大的電泳力，將藥物或基因載荷的遞送速度提升近千倍。

這種"納米電穿孔"效應(yīng)的獨特優(yōu)勢在于：在極低工作電壓下即可同步實現(xiàn)高效率、高安全性的細(xì)胞內(nèi)遞送。由于電場作用僅限于納米孔道下方的單層細(xì)胞，遞送深度得到精確控制，從根本上避免了深層生殖細(xì)胞的污染風(fēng)險。

守護生育希望：BRCA1突變小鼠模型的療效驗證

在模擬人類BRCA1突變的基因工程小鼠模型中，研究團隊驗證了POCKET的強大功能。通過將功能性BRCA1質(zhì)粒精準(zhǔn)遞送至全卵巢表面細(xì)胞（OSE），而非內(nèi)部的卵母細(xì)胞，成功實現(xiàn)了降低癌癥風(fēng)險的治療目標(biāo)。

更精妙的是，治療策略還刺激了OSE細(xì)胞分泌定制的外泌體——這些納米囊泡包裹有Brca1 mRNA，但不具備基因組編輯能力，能夠向內(nèi)改善卵巢微環(huán)境，緩解卵巢早衰癥狀。實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過POCKET治療后，卵巢DNA損傷顯著降低，癌癥發(fā)生率在一個治療周期內(nèi)降至零；更為重要的是，卵巢的激素分泌功能、卵子質(zhì)量及生育能力均得到恢復(fù)，產(chǎn)生的后代健康無恙。

這一成果為攜帶致癌基因突變的女性提供了無需切除卵巢即可防癌、并保留生育力的有效方案，真正實現(xiàn)了"精準(zhǔn)治療"與"生育保護"的兼得。

器官修復(fù)新范式：從卵巢到腎臟的拓展應(yīng)用

POCKET技術(shù)的應(yīng)用遠不止于卵巢。在腎移植手術(shù)常見的缺血再灌注損傷治療中，研究團隊將POCKET植入腎臟表面，實現(xiàn)了與器官的大面積共形貼合，持續(xù)穩(wěn)定地全器官水平遞送抗炎藥物地塞米松。

長期實驗數(shù)據(jù)顯示，與口服給藥相比，POCKET局部遞送在顯著促進腎小管修復(fù)、保護腎功能的同時，幾乎完全避免了口服激素引發(fā)的骨質(zhì)疏松、免疫力下降等全身性副作用。這展示了該技術(shù)在慢性病長期管理中的獨特優(yōu)勢，也為肝臟、心臟、肺部等內(nèi)臟器官的疾病治療、再生修復(fù)和功能調(diào)控開辟了新路徑。

北航青年力量：跨學(xué)科團隊的協(xié)同創(chuàng)新

這項重磅成果的取得，離不開北航青年科研人才的深度交叉合作：

常凌乾教授（通訊作者）作為北航醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院副院長、青島醫(yī)工交叉研究院院長，長期致力于納米電穿孔、藥物遞送與生物芯片技術(shù)研究，是國家級領(lǐng)軍人才，以通訊作者身份在Nature、Cell、Nature Electronics等期刊發(fā)表論文80余篇。

徐曄教授（通訊作者）來自機械工程及自動化學(xué)院，是國家級青年人才，長期從事軟物質(zhì)與生物表界面力學(xué)研究，為剪紙結(jié)構(gòu)的力學(xué)設(shè)計提供了關(guān)鍵理論支撐。

王玉瓊博士（第一作者）作為北航卓越百人博士后、香港城市大學(xué)博士后，主導(dǎo)了藥物遞送系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化；杜臘梅博士（共同一作）作為機械學(xué)院博士生，負(fù)責(zé)柔性力學(xué)超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計；吳晗博士（共同一作）作為生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院博士生，專注于柔性生物電子芯片與組織修復(fù)研究。這支平均年齡不到30歲的核心團隊，完美詮釋了"醫(yī)工深度交叉"的創(chuàng)新力量。

從實驗室到產(chǎn)業(yè)：技術(shù)轉(zhuǎn)化加速臨床落地

在國家自然科學(xué)基金杰青項目和科技部重點研發(fā)專項的持續(xù)支持下，常凌乾團隊已推動核心技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化跨越。基于納米電穿孔技術(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"已成功應(yīng)用于皮膚健康等領(lǐng)域，并正在申報醫(yī)療器械注冊證，已在十余家三甲醫(yī)院部署應(yīng)用。

未來，團隊計劃進一步拓展POCKET平臺在醫(yī)療級植入設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用，通過融合無線供能等技術(shù)，實現(xiàn)器件的精準(zhǔn)操控與長效工作，讓這項源自剪紙藝術(shù)的柔性電子技術(shù)惠及更多患者。

結(jié)語：醫(yī)工融合的北航范式

北航這篇首篇Cell論文的誕生，不僅是某個單一團隊的勝利，更是學(xué)校長期推動醫(yī)工深度融合、以創(chuàng)新機制打破學(xué)科壁壘的縮影。當(dāng)機械工程的力學(xué)精密遇見醫(yī)學(xué)的臨床需求，當(dāng)傳統(tǒng)剪紙的藝術(shù)美學(xué)轉(zhuǎn)化為生物電子的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種跨界的智慧碰撞，正為中國的高水平科技自立自強貢獻獨特的"北航方案"。

論文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.12.021