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北京航空航天大學(xué)常凌乾、牟瑋、鐘曉嵐、王柳等人受邀在《Applied Physics Reviews》綜述了多物理場（電子、光子和磁）植入式治療器件的最新進展，包括技術(shù)原理、裝置設(shè)計、臨床潛力和挑戰(zhàn)（https://doi.org/10.1063/5.0233580）。題目為“From Individual Modalities to Multi-Physical Synergy: Implantable Electronic, Photonic, Magnetic Platforms for the Treatment of Internal Organ Diseases”。北航博士生童一航為第一作者，共同一作包括趙子楠、翟鵬華、曾雨、吳晗等人。

植入式電子治療平臺

植入式電子治療平臺利用電刺激與生物體相互作用以達到治療目的，主要用于基于電刺激的治療和電驅(qū)動的藥物遞送。前者涉及將精確控制的電信號應(yīng)用于特定組織或神經(jīng)結(jié)構(gòu)，以調(diào)節(jié)或恢復(fù)受損的生理功能，從而使其廣泛應(yīng)用于神經(jīng)病學(xué)、骨科、肌肉疾病和癌癥治療。后者代表了一種創(chuàng)新的藥物遞送方法，利用電能控制藥物的釋放和遞送，實現(xiàn)了定時、劑量和精確的體內(nèi)給藥，特別適用于需要長期穩(wěn)定或精確給藥的慢性疾病（圖1）。

圖1：用于治療內(nèi)臟器官疾病的植入式電子治療平臺的物理原理和生物作用機制。

可植入光子治療平臺

光療，又稱光療法，是基于光子（光粒子）與生物組織之間的相互作用，用于疾病診斷和治療的一類前沿技術(shù)。光療因其治療范圍廣、靶向治療、無創(chuàng)、安全、低毒性和可重復(fù)性，在臨床應(yīng)用中得到了廣泛的推廣。臨床已經(jīng)報道了基于光熱療法、光動力療法（PDT）和光遺傳學(xué)的各種平臺。然而，由于光在體內(nèi)的穿透深度有限，限制了體外治療的有效性。可植入式光治療平臺成為一個很有前景的解決方案（圖2）。這些平臺的最新進展集中在高性能多功能光響應(yīng)和光傳遞材料的發(fā)展。

圖2：用于治療內(nèi)臟器官疾病的植入光子治療平臺的物理原理和生物作用機制。

可植入式磁療平臺

植入式磁療是一種將生物相容性磁性材料或裝置植入體內(nèi)，利用磁場效應(yīng)進行治療的醫(yī)學(xué)技術(shù)這些植入物對恒定或交變的外部磁場產(chǎn)生反應(yīng)，產(chǎn)生各種物理效應(yīng)，用于間接或間接治療內(nèi)臟器官疾病，如組織修復(fù)、癌癥治療、心血管疾病治療等（圖3）。根據(jù)其作用機制，植入式磁療主要分為三種類型：磁流體熱療（MFH）療法、磁機械療法和磁刺激療法。

圖3：用于治療內(nèi)臟器官疾病的植入磁治療平臺的物理原理和生物作用機制。

多物理場協(xié)同治療

單物理場治療平臺各有其獨特的治療潛力，但也存在一定的局限性。例如，電治療平臺雖然能夠?qū)崿F(xiàn)精確的刺激調(diào)節(jié)和藥物釋放，但目前面臨與能量供應(yīng)和長期植入穩(wěn)定性相關(guān)的挑戰(zhàn)。光子治療平臺在多種疾病治療中顯示出顯著的療效；然而，光線穿透深度有限，限制了其在深部組織中的應(yīng)用。磁性治療平臺利用外部磁場促進藥物遞送或組織修復(fù)，受到磁場強度和定向控制精度的限制，以及在復(fù)雜生物環(huán)境中導(dǎo)航微納米機器人的技術(shù)挑戰(zhàn)。

為了克服這些單一物理場治療方法的局限性，多物理場協(xié)同治療平臺應(yīng)運而生。這些平臺整合了電、光和磁的優(yōu)勢，利用聯(lián)合效應(yīng)顯著提高了治療效果。例如，電磁治療不僅利用磁場的深穿透能力，而且結(jié)合磁電效應(yīng)，促進細胞黏附、分化和組織修復(fù)。光電治療平臺巧妙地結(jié)合了電和光的特性，利用電信號提供的更高的精度和效率，以及無線能量供應(yīng)或攝影平臺的治療效果。此外，磁光動力療法結(jié)合了磁場和光療法的優(yōu)點，磁場與光敏劑協(xié)同促進ROS的產(chǎn)生，從而提高了癌癥治療的療效（圖4）。

圖4：用于治療內(nèi)臟器官疾病的植入多物理治療平臺的物理原理和生物作用機制。

多物理場系統(tǒng)，通過電刺激、熱效應(yīng)和靶向遞送等多種機制治療內(nèi)臟器官疾病。在實際應(yīng)用中，可能會出現(xiàn)不同物理場的偶然重疊（如光熱效應(yīng)和磁熱效應(yīng)）。每個物理領(lǐng)域根據(jù)其固有的特性表現(xiàn)出不同的優(yōu)勢。通過整合物理模式，這些平臺克服了單物理野治療的局限性，實現(xiàn)了更深層次、更精確和更高效的治療效果，為復(fù)雜疾病患者提供了新的希望。