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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