独家专访常凌乾：给器官穿上“智能外衣” 实现药物“指哪打哪”

封面新闻记者张馨心

无需打针吃药，而是给器官穿上一件“智能外衣”，就能让药物精准递送至目标器官并快速起效。这不是科幻片的情节，而是中国科研人员的最新研究成果。

近日，北京航空航天大学医学科学与工程学院常凌乾教授团队，联合北京大学第一医院等多家机构，研制出一种名为“POCKET”（口袋）的柔性生物电子器件。它可以像口袋一样完整包裹目标器官，并紧密贴合在凹凸不平的器官表面，通过“纳米电穿孔效应”实现药物“指哪打哪”的效果。相关成果在国际学术期刊《细胞》上发表。

“POCKET”如何递送药物？如何保证其紧密贴合在器官表面？与口服、输液等传统递送方式相比有何优势？封面新闻记者独家对话常凌乾。

北京航空航天大学医学科学与工程学院常凌乾教授团队。受访者供图

如何递送药物？

封面新闻：请您简要介绍这项最新成果“POCKET”，它是如何递送药物的？

常凌乾：“POCKET”是一款柔性可植入生物电子器件，该器件如同薄膜一般，通过个性化定制，可以像口袋一样完整包裹目标器官，从而实现对全器官范围的药物递送。

我们这项工作的基础是“纳米电穿孔效应”。当把电场加载于器官或细胞上时，电场会刺激细胞膜并使其打开，这种现象称为细胞膜电穿孔。然而，在此之前，利用该现象进行药物递送一直存在显著局限：传统方法所需电场强度较高，导致电穿孔在细胞膜上的发生位置完全随机，安全性难以控制。这不仅容易对细胞造成损伤甚至导致细胞死亡，也使得穿孔过程不可控。

我们发现了一种新现象：当一个纳米孔或纳米结构的通道靠近细胞时，施加的电场会通过该孔被精准引导至细胞表面，从而在细胞膜上非常精确的特定区域只打开一个孔，并同时利用电场将药物加速推入细胞内。这种通过纳米孔引导电场，实现更精准细胞膜穿孔的方法，我们称之为“纳米电穿孔”。这是我们课题组在十几年前首次发现的现象，并持续研究至今。POCKET正是基于该技术发展出的一套完整器件系统，可以说是我们十余年研究积累的成果体现。

柔性生物电子器件“POCKET”。受访者供图

有哪些独特优势？

封面新闻：利用该方式完成药物递送与传统的口服、注射或输液相比有什么优势？

常凌乾：常规药物递送如口服或静脉注射等方法虽然应用广泛，但存在递送效率低的问题——通常只有约1%的药物能最终抵达病灶区域，其余大量药物在人体循环过程中被损耗。这不仅导致用药成本高昂，还可能因药物作用于非靶器官而产生副作用。

而这种原位贴附于器官表面的技术，能够实现“指哪打哪”的精准递送，将递送效率从1%提升至50%-60%。这大幅降低了用药成本，同时减少了因药物作用于非靶区域引起的副作用，从而显著提升了治疗安全性。

此外，该器件能够控制药物递送的时间和具体位置，做到“在特定时间向特定区域递送”，这一精准控制能力是以往任何技术都难以实现的。

如何贴在器官表面？

封面新闻：这款装置是否需要植入人体？是如何贴合在器官表面的？会不会掉落或移动？是否有副作用？

常凌乾：该器件针对浅表器官可贴附于外表面，对内部器官则需植入体内，可以通过手术植入，适用于需通过手术治疗并进行药物递送的疾病，如器官损伤修复等；还可以通过微介入技术实现，例如借助临床内窥镜或微导入装置将器件送入体内。

为了保证其能很好地贴合器官，该装置采用全新的“器官定制化剪纸共形”理念。简单来说，就像是为每个器官“量体裁衣”。首先，通过无创超声扫描，获取病人靶器官的三维结构信息。然后，团队自主研发的智能算法会根据器官的曲率、大小等特征，自动计算出最匹配的“剪纸”图案——精确到每一个切割单元的长、宽和连接点。这样设计出的柔性贴片，能实现超过95%的高覆盖率，在非剧烈运动情况下，贴片能牢固贴附且无束缚感，攻克了“贴不紧”和“盖不全”并存的传统难题。

至于安全性，目前大动物（猪）实验显示，器件贴附于器官表面3个月内未发现任何异常，但目前尚未进入人体实验阶段。

“POCKET”作用示例图。受访者供图

主要适用于哪些疾病？

封面新闻：目前来看，该装置主要适用于哪些疾病？

常凌乾：目前，该技术在动物实验层面已展示出在三大类疾病治疗中的显著优势，其效果远超传统技术。

第一是器官损伤修复。针对肝损伤等器官创伤，传统临床方法如手术缝合、使用敷料或口服药物，存在效率低或可能引发增生等问题。该器件能有效加速组织修复，并减少相关副作用。

第二是卵巢基因修复。针对卵巢基因突变等疾病，该技术能精准修复病变组织，同时避免触及卵子细胞，从而在不引发伦理争议的前提下实现治疗，这是现有方法难以做到的。

第三是多发性肿瘤原位治疗。对于器官表面多发的微小肿瘤，手术难以完全切除，通常只能依靠放化疗，患者痛苦大且效果有限。使用该定制化器件包裹器官，可实现针对肿瘤区域的精准给药，有望大幅提升治疗疗效与安全性。

团队遇到哪些挑战？

封面新闻：您和团队在研究过程中遇到了哪些主要挑战？

常凌乾：在研发过程中，团队首先面临的挑战是器件的定制化制造。该器件是一个精密的五层结构薄膜，其制作涉及多个复杂环节：如何形成超薄功能薄膜、如何精确装载药物，以及最关键的一步——如何将其加工成最终的剪纸结构。这是一个高难度的先进制造挑战。我们尝试了多种方法，最终采用离子束加工来制造关键的纳米孔，并利用高精度的飞秒激光技术来完成剪纸结构的切割，攻克了加工难题。

此外，为了将器件送入体内并贴合到目标器官，团队采用了微介入导入技术。在此过程中，我们遇到了如何将展开面积较大的器件“束缚”成微小尺寸以便导入，以及进入体内后如何让其精准“展开”并贴合器官等一系列问题，并通过大量研究逐一解决了这些难题。

未来将如何推动？

封面新闻：团队还将在哪些方面进一步推动研究？

常凌乾：当前版本的器件在完成药物递送后需要手术取出。团队正在攻关的下一个目标是将其升级为全降解器件，即在工作结束后，器件能在体内自然降解并被吸收。这将免除二次取出手术，从根本上避免相关的感染风险与额外创伤，是团队当前重点研发的方向。

此外，团队还在探索利用微纳可控机器人来实现器件的无创、精准植入，这将是技术上的又一重大突破。

目前，基于该技术的衍生应用（如用于皮肤损伤修复、生发、口腔及眼部给药的无创透皮给药设备）已通过一家公司进行转化，其中眼部给药设备已获批二类医疗器械证并开展临床研究。未来的目标是进一步向三类医疗器械迈进，推动该技术从实验室走向真正的临床应用。