打破校史！北航发表首篇Cell

2026年1月27日，国际顶级学术期刊Cell在线发表了一篇来自中国的重磅研究成果。

这不仅是北京航空航天大学建校以来首次以第一完成单位在该期刊发表研究论文，更标志着医工交叉领域一项里程碑式的突破——一款名为POCKET（Patch for Organ-Conformal, Kirigami-Structured Electro-Transfection）的柔性生物电子器件，为复杂器官疾病的精准治疗提供了全新的技术范式。

从临床绝望到技术曙光：当卵巢癌预防遭遇"生育禁区"

这项研究的起点，源于临床上的一道无解难题。对于携带BRCA1等遗传性基因突变的女性患者，目前临床指南的标准建议往往是预防性切除双侧卵巢和输卵管——这意味着彻底放弃生育能力。尽管基因治疗在理论上提供了希望，但传统病毒载体存在整合入生殖细胞基因组的风险，在卵巢这类敏感器官上始终被视为"禁区"。

"医生，就真的没有别的办法了吗？"患者含泪的追问，成为了驱动这支跨学科团队攻关的原始动力。北京航空航天大学医学科学与工程学院常凌乾教授团队与机械工程及自动化学院徐晔教授团队意识到，要破解这一困局，必须开发一种既能精准靶向体细胞、又能完全规避生殖细胞的物理递送技术。

剪纸艺术遇见生物电子："器官定制化"共形理论的诞生

卵巢表面的崎岖不平、沟壑纵横，使得传统电穿孔器件难以实现与器官表面的"高共形贴合"，导致电场分布不均、药物递送效率低下。面对这一瓶颈，研究团队从中国传统剪纸艺术（Kirigami）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（单元尺寸、铰链宽度）与器官曲率、材料属性之间的定量数学关系。通过对器官进行"三维扫描"，算法能够"智能生成"最贴合的剪纸拓扑结构，指导设计出既完全共形、又最大限度保留功能面积的贴片。实验数据显示，这种设计实现了有效覆盖率超过95%，成功攻克了"高共形"与"高覆盖"不可兼得的技术矛盾。

基于这一理论，POCKET器件采用四层精密功能化设计：直接接触组织的纳米孔阵列薄膜、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。四层结构通过飞秒激光精密加工，赋予其定制化的剪纸拓扑，使其能够像"电子外衣"般完美贴合卵巢、眼球、肾脏等不同物种的多种复杂器官表面。

纳米电穿孔：低电压下的高效安全递送

当POCKET紧密贴合器官表面时，器件底层的纳米孔与目标细胞形成精准空间并列。在施加低电场条件下，高阻抗的纳米孔道产生显著的电场聚焦效应，可逆性地在细胞膜局部打开通道。同时，孔道内形成的高强度电场梯度驱动强大的电泳力，将药物或基因载荷的递送速度提升近千倍。

这种"纳米电穿孔"效应的独特优势在于：在极低工作电压下即可同步实现高效率、高安全性的细胞内递送。由于电场作用仅限于纳米孔道下方的单层细胞，递送深度得到精确控制，从根本上避免了深层生殖细胞的污染风险。

守护生育希望：BRCA1突变小鼠模型的疗效验证

在模拟人类BRCA1突变的基因工程小鼠模型中，研究团队验证了POCKET的强大功能。通过将功能性BRCA1质粒精准递送至全卵巢表面细胞（OSE），而非内部的卵母细胞，成功实现了降低癌症风险的治疗目标。

更精妙的是，治疗策略还刺激了OSE细胞分泌定制的外泌体——这些纳米囊泡包裹有Brca1 mRNA，但不具备基因组编辑能力，能够向内改善卵巢微环境，缓解卵巢早衰症状。实验结果显示，经过POCKET治疗后，卵巢DNA损伤显著降低，癌症发生率在一个治疗周期内降至零；更为重要的是，卵巢的激素分泌功能、卵子质量及生育能力均得到恢复，产生的后代健康无恙。

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、并保留生育力的有效方案，真正实现了"精准治疗"与"生育保护"的兼得。

器官修复新范式：从卵巢到肾脏的拓展应用

POCKET技术的应用远不止于卵巢。在肾移植手术常见的缺血再灌注损伤治疗中，研究团队将POCKET植入肾脏表面，实现了与器官的大面积共形贴合，持续稳定地全器官水平递送抗炎药物地塞米松。

长期实验数据显示，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。这展示了该技术在慢性病长期管理中的独特优势，也为肝脏、心脏、肺部等内脏器官的疾病治疗、再生修复和功能调控开辟了新路径。

北航青年力量：跨学科团队的协同创新

这项重磅成果的取得，离不开北航青年科研人才的深度交叉合作：

常凌乾教授（通讯作者）作为北航医学科学与工程学院副院长、青岛医工交叉研究院院长，长期致力于纳米电穿孔、药物递送与生物芯片技术研究，是国家级领军人才，以通讯作者身份在Nature、Cell、Nature Electronics等期刊发表论文80余篇。

徐晔教授（通讯作者）来自机械工程及自动化学院，是国家级青年人才，长期从事软物质与生物表界面力学研究，为剪纸结构的力学设计提供了关键理论支撑。

王玉琼博士（第一作者）作为北航卓越百人博士后、香港城市大学博士后，主导了药物递送系统的设计与优化；杜腊梅博士（共同一作）作为机械学院博士生，负责柔性力学超材料结构设计；吴晗博士（共同一作）作为生物与医学工程学院博士生，专注于柔性生物电子芯片与组织修复研究。这支平均年龄不到30岁的核心团队，完美诠释了"医工深度交叉"的创新力量。

从实验室到产业：技术转化加速临床落地

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，常凌乾团队已推动核心技术实现产业化跨越。基于纳米电穿孔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"已成功应用于皮肤健康等领域，并正在申报医疗器械注册证，已在十余家三甲医院部署应用。

未来，团队计划进一步拓展POCKET平台在医疗级植入设备领域的应用，通过融合无线供能等技术，实现器件的精准操控与长效工作，让这项源自剪纸艺术的柔性电子技术惠及更多患者。

结语：医工融合的北航范式

北航这篇首篇Cell论文的诞生，不仅是某个单一团队的胜利，更是学校长期推动医工深度融合、以创新机制打破学科壁垒的缩影。当机械工程的力学精密遇见医学的临床需求，当传统剪纸的艺术美学转化为生物电子的拓扑结构，这种跨界的智慧碰撞，正为中国的高水平科技自立自强贡献独特的"北航方案"。

论文链接

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