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北京航空航天大學常凌乾、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，包括技術原理、裝置設計、臨床潛力和挑戰（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動的藥物遞送。前者涉及將精確控制的電信號應用于特定組織或神經結構，以調節或恢復受損的生理功能，從而使其廣泛應用于神經病學、骨科、肌肉疾病和癌癥治療。后者代表了一種創新的藥物遞送方法，利用電能控制藥物的釋放和遞送，實現了定時、劑量和精確的體內給藥，特別適用于需要長期穩定或精確給藥的慢性疾病（圖1）。

圖1：用于治療內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。光療因其治療范圍廣、靶向治療、無創、安全、低毒性和可重復性，在臨床應用中得到了廣泛的推廣。臨床已經報道了基于光熱療法、光動力療法（PDT）和光遺傳學的各種平臺。然而，由于光在體內的穿透深度有限，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和光傳遞材料的發展。

圖2：用于治療內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，利用磁場效應進行治療的醫學技術這些植入物對恒定或交變的外部磁場產生反應，產生各種物理效應，用于間接或間接治療內臟器官疾病，如組織修復、癌癥治療、心血管疾病治療等（圖3）。根據其作用機制，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實現精確的刺激調節和藥物釋放，但目前面臨與能量供應和長期植入穩定性相關的挑戰。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用。磁性治療平臺利用外部磁場促進藥物遞送或組織修復，受到磁場強度和定向控制精度的限制，以及在復雜生物環境中導航微納米機器人的技術挑戰。

為了克服這些單一物理場治療方法的局限性，多物理場協同治療平臺應運而生。這些平臺整合了電、光和磁的優勢，利用聯合效應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，而且結合磁電效應，促進細胞黏附、分化和組織修復。光電治療平臺巧妙地結合了電和光的特性，利用電信號提供的更高的精度和效率，以及無線能量供應或攝影平臺的治療效果。此外，磁光動力療法結合了磁場和光療法的優點，磁場與光敏劑協同促進ROS的產生，從而提高了癌癥治療的療效（圖4）。

圖4：用于治療內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，通過電刺激、熱效應和靶向遞送等多種機制治療內臟器官疾病。在實際應用中，可能會出現不同物理場的偶然重疊（如光熱效應和磁熱效應）。每個物理領域根據其固有的特性表現出不同的優勢。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，實現了更深層次、更精確和更高效的治療效果，為復雜疾病患者提供了新的希望。