打破校史！北航發表首篇Cell

2026年1月27日，國際頂級學術期刊Cell在線發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建校以來首次以第一完成單位在該期刊發表研究論文，更標志著醫工交叉領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，為復雜器官疾病的精準治療提供了全新的技術范式。

從臨床絕望到技術曙光：當卵巢癌預防遭遇"生育禁區"

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，目前臨床指南的標準建議往往是預防性切除雙側卵巢和輸卵管——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，但傳統病毒載體存在整合入生殖細胞基因組的風險，在卵巢這類敏感器官上始終被視為"禁區"。

"醫生，就真的沒有別的辦法了嗎？"患者含淚的追問，成為了驅動這支跨學科團隊攻關的原始動力。北京航空航天大學醫學科學與工程學院常凌乾教授團隊與機械工程及自動化學院徐曄教授團隊意識到，要破解這一困局，必須開發一種既能精準靶向體細胞、又能完全規避生殖細胞的物理遞送技術。

剪紙藝術遇見生物電子："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，使得傳統電穿孔器件難以實現與器官表面的"高共形貼合"，導致電場分布不均、藥物遞送效率低下。面對這一瓶頸，研究團隊從中國傳統剪紙藝術（Kirigami）中汲取靈感，創造性地提出了"器官定制化剪紙共形理論"。

該理論首次建立了剪紙結構幾何參數（單元尺寸、鉸鏈寬度）與器官曲率、材料屬性之間的定量數學關系。通過對器官進行"三維掃描"，算法能夠"智能生成"最貼合的剪紙拓撲結構，指導設計出既完全共形、又最大限度保留功能面積的貼片。實驗數據顯示，這種設計實現了有效覆蓋率超過95%，成功攻克了"高共形"與"高覆蓋"不可兼得的技術矛盾。

基于這一理論，POCKET器件采用四層精密功能化設計：直接接觸組織的納米孔陣列薄膜、負載藥物的水凝膠儲藥層、負責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。四層結構通過飛秒激光精密加工，賦予其定制化的剪紙拓撲，使其能夠像"電子外衣"般完美貼合卵巢、眼球、腎臟等不同物種的多種復雜器官表面。

納米電穿孔：低電壓下的高效安全遞送

當POCKET緊密貼合器官表面時，器件底層的納米孔與目標細胞形成精準空間并列。在施加低電場條件下，高阻抗的納米孔道產生顯著的電場聚焦效應，可逆性地在細胞膜局部打開通道。同時，孔道內形成的高強度電場梯度驅動強大的電泳力，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"效應的獨特優勢在于：在極低工作電壓下即可同步實現高效率、高安全性的細胞內遞送。由于電場作用僅限于納米孔道下方的單層細胞，遞送深度得到精確控制，從根本上避免了深層生殖細胞的污染風險。

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質粒精準遞送至全卵巢表面細胞（OSE），而非內部的卵母細胞，成功實現了降低癌癥風險的治療目標。

更精妙的是，治療策略還刺激了OSE細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，能夠向內改善卵巢微環境，緩解卵巢早衰癥狀。實驗結果顯示，經過POCKET治療后，卵巢DNA損傷顯著降低，癌癥發生率在一個治療周期內降至零；更為重要的是，卵巢的激素分泌功能、卵子質量及生育能力均得到恢復，產生的后代健康無恙。

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，真正實現了"精準治療"與"生育保護"的兼得。

器官修復新范式：從卵巢到腎臟的拓展應用

POCKET技術的應用遠不止于卵巢。在腎移植手術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，實現了與器官的大面積共形貼合，持續穩定地全器官水平遞送抗炎藥物地塞米松。

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

北航青年力量：跨學科團隊的協同創新

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）作為北航醫學科學與工程學院副院長、青島醫工交叉研究院院長，長期致力于納米電穿孔、藥物遞送與生物芯片技術研究，是國家級領軍人才，以通訊作者身份在Nature、Cell、Nature Electronics等期刊發表論文80余篇。

徐曄教授（通訊作者）來自機械工程及自動化學院，是國家級青年人才，長期從事軟物質與生物表界面力學研究，為剪紙結構的力學設計提供了關鍵理論支撐。

王玉瓊博士（第一作者）作為北航卓越百人博士后、香港城市大學博士后，主導了藥物遞送系統的設計與優化；杜臘梅博士（共同一作）作為機械學院博士生，負責柔性力學超材料結構設計；吳晗博士（共同一作）作為生物與醫學工程學院博士生，專注于柔性生物電子芯片與組織修復研究。這支平均年齡不到30歲的核心團隊，完美詮釋了"醫工深度交叉"的創新力量。

從實驗室到產業：技術轉化加速臨床落地

在國家自然科學基金杰青項目和科技部重點研發專項的持續支持下，常凌乾團隊已推動核心技術實現產業化跨越。基于納米電穿孔技術孵化的高科技產業化公司已完成多輪融資，首款轉化產品"Ultra-NEP超透儀"已成功應用于皮膚健康等領域，并正在申報醫療器械注冊證，已在十余家三甲醫院部署應用。

未來，團隊計劃進一步拓展POCKET平臺在醫療級植入設備領域的應用，通過融合無線供能等技術，實現器件的精準操控與長效工作，讓這項源自剪紙藝術的柔性電子技術惠及更多患者。

結語：醫工融合的北航范式

北航這篇首篇Cell論文的誕生，不僅是某個單一團隊的勝利，更是學校長期推動醫工深度融合、以創新機制打破學科壁壘的縮影。當機械工程的力學精密遇見醫學的臨床需求，當傳統剪紙的藝術美學轉化為生物電子的拓撲結構，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