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  香港城市大學（CityUHK）生物醫學工程系史鵬教授課題組報道了一種基于水凝膠電子設備的閉環系統，旨在構建智能化的大腦疾病治療策略。在智能治療系統中，藥物可以被精準控制從而為病患定制個性化的治療方案。通過集成閉環組件，希望能夠持續監測患者的疾病狀態并相應地調整治療策略，從而實現最佳的治療效果。作為應用實例，該課題組利用基于水凝膠電子器件的閉環系統，將電生理記錄和可編程的藥物釋放干預無縫銜接，實現精準化的抗癲癇管理。

  本文提出構建單一組分、基于水凝膠的有機電子設備，該水凝膠裝置能夠將電生理記錄和藥理學干預無縫銜接，以實現卓越的抗癲癇效果。這種植入式水凝膠裝置可以同時充當神經電極和藥物儲存裝置，將記錄的神經電信號作為實時病理反饋，觸發藥物釋放，實現精準化的癲癇管理。作者表示，當該設備植入到患癲癇的嚙齒動物體內時，它能夠實現自主的預防性抗癲癇管理。一旦檢測到異常的“癲癇樣”信號，設備就會將抗癲癇藥物以精確地劑量輸送到目標區域，從而有效地清除癲癇發作，同時大大減少了抗癲癇藥物的使用。相關工作以“Multifunctional hydrogel electronics for closed-loop antiepileptic treatment”為題發表于《科學-進展》（《Science Advances》）。論文的共同第一作者是香港城市大學的屈錦博士和謝凱博士，通訊作者為史鵬教授。

（圖）閉環系統輔助智能神經治療。

  作者強調這項技術的關鍵在于利用新型電活性水凝膠構建單組分，多功能裝置，通過閉環策略實現自主預防性抗癲癇管理。該策略包括實時電生理經監測和反饋控制的藥物釋放。在對癲癇嚙齒動物的測試中，該方法通過多次預防性釋放抗癲癇藥物（丙戊酸鈉，VPA）成功抑制了癲癇發作，總劑量比其他臨床相關的VPA給藥方法（包括腹腔注射或中樞神經系統直接輸注）的使用量至少低3個數量級。

（圖）柔性水凝膠生物電子設備的概覽照片（左）和特寫照片（右）。

  “水凝膠生物電子設備不僅在抗癲癇干預中展示了更好的治療效果，還減少了因過度用藥引起的潛在藥物副作用。隨著更多人工智能（AI）組件的加入，反饋信號也可以進一步細化，更好地分析或預測患者的生理狀況，從而更智能地參與治療干預。我們相信，這種閉環系統為下一代智能神經治療提供了一種有前途的替代方案。”史鵬教授評價道。

（圖）用于自適應抗癲癇治療的閉環生物電子系統的示意圖。

  作者最后展望道，除了抗癲癇治療之外，這種閉環系統在其他疾病的智能健康管理中也有很大的潛力，例如心律失常、帕金森病和仿生假肢等。作者的未來計劃包括進一步優化技術，并使其適應其他未滿足的醫療需求。

  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq9207

  課題組介紹：

  MULTISCALE INTEGRATIVE NEUROENGINEERING LABORATORY (MINE-lab)課題組位于香港城市大學的跨學科生物醫學工程實驗室。主要研究通過跨學科的方法，從事生物傳感器，生物芯片，以及高通量篩選技術的研究和系統開發，并致力于發展相關技術在神經生物學，生物電子學，腦科學等領域的應用。

  課題組網址：

  https://shipeng2.wixsite.com/minelab

  https://personal.cityu.edu.hk/pengshi/