北航常凌乾团队IMed：植入式药物递送系统——医工交叉融合的前沿领域

导读

传统口服、静脉注射等给药模式，长期面临全身毒性强、剂量难控、疗效滞后、患者依从性差等痛点，严重制约精准医疗落地。植入式药物递送系统（IDDS）作为医工交叉的前沿领域，通过体内植入与信号响应机制结合，实现药物靶向递送、动态调控与实时响应，在提升疗效的同时显著降低毒副作用，成为破解传统给药瓶颈的核心技术路径。

近日，北京航空航天大学常凌乾、项骁炜，香港城市大学焦艳丽，北京航空航天大学杨超娟（共同通讯作者），在《Interdisciplinary Medicine》期刊发表题为 “Implantable drug delivery system: Frontiers of medicine-engineering interdisciplinary” 的综述文章。本文系统梳理了IDDS从技术演进到临床转化的完整发展脉络，全面阐述了内源响应、外源触发、闭环控制三大核心驱动机制的技术原理与模块创新(图1)，重点阐明柔性化、微型化设计对提升植入系统机械相容性、突破尺寸限制的核心价值。结合生殖健康、肿瘤、眼科疾病等典型场景，对比 IDDS 在不同临床环境中的技术适配性与诊疗价值，系统分析当前制约临床转化的核心挑战与未来方向，为 IDDS 的持续创新与临床落地提供系统性理论参考与实践指引。论文第一作者为北京航空航天大学生物与医学工程学院硕士研究生曾雨和博士研究生苏荣太。

图1. IDDS的三个核心驱动机制

一、IDDS三大核心驱动机制

本综述首先系统阐述IDDS三大核心驱动机制（内源响应、外源触发、闭环控制）的技术原理与模块创新。这三类机制共同构成了完备的IDDS技术体系，能够满足临床对精准化、可调控、智能化药物递送的多元化需求。

1.内源性响应机制：依托病灶微环境 pH、活性氧（ROS）、特异性酶、葡萄糖等生理病理信号触发药物释放（图2）。如肿瘤酸性环境（pH 6.0-6.8）触发载体降解、炎症部位高 ROS 诱导药物释放、糖尿病微环境葡萄糖响应释放胰岛素，实现 “病灶在哪，药释在哪” 的精准靶向。

图2. 内源性药物递送机制

2. 外源性触发机制：借助超声、光、电、磁等无创物理信号，远程可控调控药物释放（图3）。超声可穿透深层组织触发载体解体，近红外光、磁场实现精准时空控制，电刺激适配慢性疾病长期管理，满足按需给药需求。

图3. 外源性药物递送机制

3. 闭环控制机制：整合传感-决策-执行-反馈全链条，形成自主调节系统（图4）。传感器实时监测血糖、眼压等生理指标，控制器通过算法分析生成给药指令，执行器精准释药，再通过反馈动态优化剂量，实现 “感知-判断-给药-调整” 的智能闭环，迈向诊疗一体化。

图4. 闭环药物递送系统示意图

二、IDDS的柔性化与微型化

为突破传统刚性植入物在组织相容性、空间适配性及长期稳定性方面的局限，柔性化与微型化设计成为 IDDS 实现临床落地的核心关键。

1. 柔性化：实现生物相容且可贴合的IDDS（图5）。通过模拟人体组织力学特性，采用光刻、3D 打印、层层组装等技术制备柔性载体，减少植入后机械损伤与免疫排斥，适配心脏、大脑等动态组织，实现长期稳定植入。

图5. IDDS柔性化的应用

2. 微型化：实现空间自适应且稳定的 IDDS（图6）。依托微机电系统（ MEMS）、飞秒激光等微纳制造技术，将设备尺寸缩至毫米 / 微米级，适配内耳、血管等狭窄部位，降低手术创伤，提升空间适配性。

图6. IDDS微型性化的应用

三、IDDS临床转化进展

综述系统阐述了 IDDS 在生殖健康、肿瘤治疗、眼科疾病等核心医学领域的应用进展，已取得一系列可量化、可推广的突破性成果，充分展现了其在精准治疗与慢病管理中的重要临床价值与广阔应用前景（图7）。

1. 生殖健康：皮下植入式避孕棒、宫内节育系统可长效释放激素，实现长达数年的稳定避孕，避孕率超 99%，安全性与依从性显著提升。

2. 肿瘤治疗：脑部肿瘤植入式化疗缓释片、肝癌介入微球等，可在病灶局部维持高药物浓度，精准杀伤肿瘤细胞，同时大幅降低全身毒副作用，提升治疗耐受性。

3. 眼科疾病：可植入青光眼控释装置、糖尿病视网膜病变缓释系统，能持续精准释药，显著减少给药频次，提高眼部局部药效，降低侵入性操作带来的风险。

图7. IDDS在不同人体部位作用的示意图

该综述全面涵盖 IDDS 的技术原理、模块创新、设计突破、应用进展与未来发展趋势，系统梳理并总结了医工交叉融合领域的核心研究成果，为后续精准递送技术的研发迭代、临床转化推进及产业化落地提供了重要理论支撑与实践参考。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/inmd.70133