香港城市大学（CityUHK）
生物医学工程系
史鹏教授
课题组报道了一种基于水凝胶电子设备的闭环系统，旨在构建智能化的大脑疾病治疗策略。在智能治疗系统中，药物可以被精准控制从而为病患定制个性化的治疗方案。通过集成闭环组件，希望能够持续监测患者的疾病状态并相应地调整治疗策略，从而实现最佳的治疗效果。作为应用实例，该课题组利用基于水凝胶电子器件的闭环系统，将电生理记录和可编程的药物释放干预无缝衔接，实现精准化的抗癫痫管理。
本文提出构建单一组分、基于水凝胶的有机电子设备，该水凝胶装置能够将电生理记录和药理学干预无缝衔接，以实现卓越的抗癫痫效果。这种植入式水凝胶装置可以同时充当神经电极和药物储存装置，将记录的神经电信号作为实时病理反馈，触发药物释放，实现精准化的癫痫管理。作者表示，当该设备植入到患癫痫的啮齿动物体内时，它能够实现自主的预防性抗癫痫管理。一旦检测到异常的“癫痫样”信号，设备就会将抗癫痫药物以精确地剂量输送到目标区域，从而有效地清除癫痫发作，同时大大减少了抗癫痫药物的使用。相关工作以“
Multifunctional hydrogel electronics for closed-loop antiepileptic treatment
”为题发表于
《科学-进展》（《
Science Advances
》）
。论文的共同第一作者是香港城市大学的
屈锦博士
和
谢凯博士
，通讯作者为
史鹏教授
。
（图）
闭环系统辅助智能神经治疗。
作者强调这项技术的关键在于利用新型电活性水凝胶构建单组分，多功能装置，通过闭环策略实现自主预防性抗癫痫管理。该策略包括实时电生理经监测和反馈控制的药物释放。在对癫痫啮齿动物的测试中，该方法通过多次预防性释放抗癫痫药物（丙戊酸钠，VPA）成功抑制了癫痫发作，总剂量比其他临床相关的VPA给药方法（包括腹腔注射或中枢神经系统直接输注）的使用量至少低3个数量级。
（图）
柔性水凝胶生物电子设备的概览照片（左）和特写照片（右）。
“水凝胶生物电子设备不仅在抗癫痫干预中展示了更好的治疗效果，还减少了因过度用药引起的潜在药物副作用。随着更多人工智能（AI）组件的加入，反馈信号也可以进一步细化，更好地分析或预测患者的生理状况，从而更智能地参与治疗干预。我们相信，这种闭环系统为下一代智能神经治疗提供了一种有前途的替代方案。”
史鹏教授
评价道。
（图）
用于自适应抗癫痫治疗的闭环生物电子系统的示意图。
作者最后展望道，除了抗癫痫治疗之外，这种闭环系统在其他疾病的智能健康管理中也有很大的潜力，例如心律失常、帕金森病和仿生假肢等。作者的未来计划包括进一步优化技术，并使其适应其他未满足的医疗需求。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq9207
课题组介绍：
MULTISCALE INTEGRATIVE NEUROENGINEERING LABORATORY (MINE-lab)
课题组位于香港城市大学的跨学科生物医学工程实验室。主要研究通过跨学科的方法，从事生物传感器，生物芯片，以及高通量筛选技术的研究和系统开发，并致力于发展相关技术在神经生物学，生物电子学，脑科学等领域的应用。
课题组网址：
https://shipeng2.wixsite.com/minelab
https://personal.cityu.edu.hk/pengshi/
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