深耕见实效，攻关传捷报
在北京航空航天大学
青年教师带领博士生科研团队
不同学院间学科交叉合作产出
在前沿交叉医学领域取得突破
相关成果发表于国际期刊Cell
这也是北航作为第一完成单位
在Cell期刊上发表的
首篇论文
2026年1月28日，国际顶级学术期刊Cell报道了北京航空航天大学医学科学与工程学院常凌乾教授团队，联合机械工程及自动化学院徐晔教授团队，在前沿交叉医学领域取得的最新进展：《An organ-conformal, kirigami-structured bioelectronic patch for precise intracellular delivery》。他们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单位，在该领域取得重大突破：团队研发出一款柔性可植入生物电子器件（POCKET），如同一个智能“口袋”，通过个性化定制，可实现完美贴合于复杂形状的器官表面，并通过“纳米电穿孔效应”，实现安全、高效、精准的全器官药物递送或基因转染。
北京航空航天大学作为第一完成单位，成果第一作者为北航生物与医学工程学院卓百博士后、香港城市大学博士后王玉琼，共同一作为北航机械工程及自动化学院博士生杜腊梅、北航生物与医学工程学院博士生吴晗，通讯作者为北京航空航天大学教师常凌乾、徐晔、樊瑜波。
研究背景：始于临床
该工作始于一个令医生深感无力的临床问题：对于遗传性卵巢基因突变（如BRCA1）的患者，临床指南一般建议切除双侧卵巢和输卵管，以避免癌症发生，但这意味着永久丧失生育能力。“医生，就真的没有别的办法了吗？”患者经常含泪追问。然而，现有的基因治疗技术，如病毒载体，因存在整合入生殖细胞基因组、干扰人类基因库的潜在风险，在卵巢这类敏感器官上应用被视为禁区。
针对该问题，研究团队将目光转向物理方法——电穿孔，即施加电场在细胞膜上，瞬时打开细胞膜，理论上可以通过精确控制递送深度，实现针对卵巢表面的体细胞的基因干预，从而避免生殖细胞污染。然而，卵巢表面崎岖不平，沟壑纵横，传统电穿孔器件无法实现 “高共形贴合”于器官表面，导致药物递送可控性差、效率低，无法从根本上精准治疗，解决这类“禁区难题”。
突破瓶颈：剪纸艺术
面对这一核心问题，常凌乾团队与徐晔团队合作，从传统“剪纸”艺术中汲取灵感，创造性地提出了 “器官定制化剪纸共形理论”。该理论首次建立了剪纸结构几何参数（如单元尺寸、铰链宽度）与器官曲率、材料属性之间的定量关系，为器官进行“三维扫描”，并“智能生成”最合身的外衣尺寸，从而指导设计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积的剪纸贴片，有效覆盖率＞95%，攻克了“高共形”与“高覆盖”不可兼得的难题。
基于剪纸结构的共形理论
器官的电子外衣：精准高效递送
POCKET器件采用四层功能化设计：与组织直接接触的纳米孔阵列薄膜、用于负载药物的水凝胶储药层、负责电场分布的银纳米线电极层，以及起封装支撑作用的柔性基底层。这四层结构通过飞秒激光精密加工，被赋予定制化的剪纸拓扑，从而能够在不同物种的多种器官表面——如卵巢、眼球、肾脏——实现高度共形、大面积的贴合。
这种“电子外衣”般的紧密贴合，使得器件底层的纳米孔与目标细胞形成精准的空间并列。在施加低电场时，高阻抗的纳米孔道产生显著的电场聚焦效应，在细胞膜局部可逆、安全的打开细胞膜。同时，孔道内形成的高强度电场梯度会驱动强大的电泳力，将药物或基因载荷的递送速度提升近千倍，从而在低工作电压下同步达成高效率、高安全性的细胞内递送——实现 “纳米电穿孔”效应。
定制化POCKET器件
疗效验证（1）：守护生育希望
研究团队在多种动物模型和离体人类组织上验证了POCKET的强大功能。首先，结合其高度空间控制能力，创立了一套在卵巢上的治疗策略，在模拟人BRCA1突变的小鼠模型中，POCKET成功将功能性BRCA1-Plasmid递送至全卵巢表面细胞（OSE）内，产生长效的降低癌症发生风险的目的，而不会进入卵巢内的生殖细胞，干扰基因组。同时刺激OSE细胞分泌定制的包裹有Brca1 mRNA的外泌体（不具有基因组编辑能力），向内改善卵巢早衰的症状。这一策略使得治疗后卵巢的DNA损伤显著降低，癌症发生率在一个治疗周期内降至零。更重要的是，卵巢的激素分泌功能、卵子质量及生育能力均得到恢复，产生的后代健康。这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、并保留生育力的有效方案。
POCKET实现卵巢的精准基因治疗
疗效验证（2）：修复器官损伤
常见的肾移植手术中，肾脏缺血再灌注导致损伤，会引起肾功能不可逆的功能问题。为解决该问题，POCKET被植入肾脏表面，与肾脏器官进行大面积共形，进行持续、稳定地全肾脏器官水平上递送抗炎药物地塞米松。长期实验结果显示，与口服给药相比，POCKET局部递送在显著促进肾小管修复、保护肾功能的同时，几乎完全避免了口服激素引发的骨质疏松、免疫力下降等全身性副作用，展示了其在慢性病管理中的优势。
POCKET实现时间可控的肾脏长期给药
POCKET技术转化和临床应用
POCKET平台技术为卵巢癌预防、器官损伤修复等疾病精准治疗提供了新工具，通过融合柔性电子、微纳加工、无线供能等技术，实现了植入式器件的精准操控与长效工作，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。
在国家自然科学基金杰青项目和科技部重点研发专项的持续支持下，常凌乾团队成功实现了“NEP纳米电穿孔”技术从实验室到产业的跨越。基于该核心技术孵化的高科技产业化公司已完成多轮融资。首款转化产品——“Ultra-NEP超透仪”已应用于皮肤健康等领域。未来，团队将进一步拓展其在医疗级设备领域的应用。
基于POCKET的技术转化成果：Ultra-NEP超透仪
下面
小萱带大家认识一下
学科交叉融合探索中的
北航青年面孔
王玉琼
第一作者
北京航空航天大学
生物与医学工程学院
卓越百人博士后
香港城市大学博士后
现为北京航空航天大学生物与医学工程学院卓越百人博士后、香港城市大学博士后，合作导师分别为常凌乾教授和于欣格教授。主要研究方向为药物递送，器官修复和癌症精准诊疗。已发表SCI期刊论文20余篇，包括第一（含共一）作者论文10篇（期刊IF > 10论文8篇），包括Cell、Nature Electronics、Nature Communications、Cell Death and Differentiation、ACS Nano、Advanced Functional Materials等。主持国家自然科学基金青年项目，北京市自然科学基金青年基金。作为主要发明人，获批中国发明专利6项。
杜腊梅
共同一作
北京航空航天大学
机械工程及自动化学院
博士研究生
北京航空航天大学机械工程及自动化学院博士毕业生，导师为徐晔教授，现为河北工业大学生命科学与健康学院硕士生导师。研究方向为柔性力学超材料结构设计、功能复合超材料。近五年发表SCI论文5余篇，如Cell，Advanced Functional Materials，ACS Nano等。
吴 晗
共同一作
北京航空航天大学
生物与医学工程学院
博士研究生
导师为常凌乾教授、王柳副教授。主要从事柔性生物电子芯片与组织器官损伤修复相关研究。作为第一/共同第一作者已在Cell， Nature Electronics, Applied Physics Reviews, Advanced Healthcare Materials等期刊发表SCI论文9篇，其中Nature Electronics入选ESI高被引论文。获国家奖学金、北京市优秀毕业生、北航“研究生十佳”等多项荣誉。目前主持国家自然科学基金青年学生基础研究项目（博士研究生）。
常凌乾
通讯作者
北京航空航天大学
医学科学与工程学院副院长
教授、博士生导师
青岛医工交叉研究院院长，大数据精准医疗工信部重点实验室主任，研究纳米电穿孔、药物递送、生物芯片技术。入选国家级领军人才、国家级青年人才等；以通讯作者身份发表 Nature, Cell, Nature Electronics, Nature Photonics, PNAS, Nature Communications, Science Advances等期刊论文80余篇；获工信部杰出青年、腾冲青年科学家奖、钟南山青年科技奖等荣誉。技术已转化，已完成三轮融资，申报两项医疗器械注册证，已在十余家三甲医院部署应用。
徐 晔
通讯作者
北京航空航天大学
机械工程及自动化学院
教授、博士生导师
国家级青年人才，长期从事软物质与生物表界面力学及智能柔性复合材料领域的交叉学科研究，主持多项国家自然科学基金项目及国家科技重大专项课题，以第一作者或通讯作者身份发表Cell、PNAS、Science Advances、Advanced Functional Materials等期刊论文40余篇。
论文链接：
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)01434-5
北航将继续推动医工深度融合
以创新机制打破学科壁垒
让工程技术更精准地命中临床需求
为实现高水平科技自立自强
作出新的更大贡献
往期推荐
出品｜航小萱®工作室
素材来源｜医学科学与工程学院
编辑｜李彤韵
点个赞
点分享
点在看