阿尔茨海默病等神经退行性疾病影响着全世界超过 2.7 亿人。AD 是痴呆症的主要原因，海马体是大脑中调节学习和记忆的部分，神经元萎缩会导致记忆丧失。设计用于携带药物的纳米颗粒已成为治疗不同疾病的一种策略，但在神经退行性疾病的背景下，大部分研究都集中在开发使纳米颗粒穿过血脑屏障并进入大脑目标区域的策略。

在一项新的研究中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个跨学科研究小组开发了纳米颗粒，能够选择性地与激活的星形胶质细胞和小胶质细胞结合，从而介导 AD 中的脑部炎症，并发现 AD 和衰老都会强烈影响 AD 患者的大脑炎症。纳米粒子穿过血脑屏障并定位到海马体的能力。

血脑屏障由围绕大脑的血管网络组成，严格调节哪些分子(包括药物)可以进入大脑。血脑屏障使得携带药物的纳米颗粒难以进入大脑，尽管纳米颗粒可以防止药物被“冲走”，或者在通过血脑屏障时沿途失去活性。然而，研究表明血脑屏障会随着 AD 和年龄的增长而减弱。这启发了由化学和生物分子工程教授 Joon Kong(M-CELS 负责人/EIRH/RBTE)和分子和综合生理学副教授 Hee Jung Chung(M-CELS)领导的研究小组合成了一种纳米颗粒可以利用这种受损的血脑屏障，并与 AD 患者海马体中的反应性星形胶质细胞和小胶质细胞特异性结合。

“我认为人们忽视了 BBB 的血管通透性如何随着 AD 病理变化而变化，”Kong 说。“我们认为，与其像其他人那样将肽或蛋白质放在纳米颗粒上以帮助它们穿透 BBB，不如让纳米颗粒足够小，以便它们可以利用渗漏的 BBB，并以某种方式设计这些颗粒让它们以稳定的方式留在大脑中。”

这些纳米颗粒的设计目的是与 CD44 结合，CD44 是一种由反应性星形胶质细胞和小胶质细胞产生的细胞表面蛋白，比神经元更能结合，特别是在神经炎症期间，神经炎症是阿尔茨海默病患者大脑区域(如海马体)的标志。Kong 表示，纳米颗粒与这些表达 CD44 的细胞结合的优点是纳米颗粒在海马体中保留的时间更长，而不是很快被洗掉。

研究人员将 CD44 寻找纳米颗粒注射到患有 AD 或健康的老年和年轻小鼠体内。然后他们观察了治疗期间海马体中纳米颗粒的分布。

在 AD 小鼠的海马体中，无论年龄如何，他们都发现了高浓度的纳米颗粒，尽管老年 AD 小鼠的浓度高于年轻 AD 小鼠。研究人员表示，这是预料之中的，并进一步证明 AD 患者的血脑屏障显着减弱。纳米粒子不仅能够穿透血脑屏障，而且还能在海马体中保留更长时间，注射后至少保留 2 小时，初步数据表明保留时间甚至更长。

在健康年轻小鼠的大脑中，没有发现纳米颗粒，这意味着它们的血脑屏障是完整的。然而，令研究小组惊讶的是，他们在健康老年小鼠的大脑中发现了大量纳米颗粒，这表明血脑屏障随着年龄的增长而显着减弱，即使是那些没有患 AD 的小鼠。

Chung 说：“这一发现令人惊讶，因为这项研究中的老年小鼠的年龄相当于人类仅 60 岁左右。” “我们知道随着年龄的增长，血脑屏障会出现一些渗漏，但我们认为纳米颗粒渗入大脑的程度比我们发现的要少得多。这凸显了纳米粒子穿过血脑屏障到达受 AD 影响的大脑深部区域的渗透程度与年龄和疾病有关。”

Kong 实验室的研究生 Kai-Yu Huang 表示：“这项研究为加深我们对纳米颗粒向衰老和阿尔茨海默病患者大脑的运输的理解提供了宝贵的见解。” “它促使我们思考未来开发纳米级药物载体的策略，以针对与衰老相关的脑部疾病的不同阶段的发炎脑细胞。”

研究人员表示，下一步是尝试在纳米粒子中添加候选药物，看看它们是否可以改善 AD 小鼠模型的认知和记忆。他们还计划测量纳米颗粒可以在大脑中保留多长时间，这有助于将来为接受纳米颗粒治疗的患者提供更长、更一致的药物输送。研究小组希望这一发现能为未来如何设计药物载体来治疗大脑内外的疾病提供指导。

“这不仅仅局限于大脑，因为这项技术可以用于其他疾病，而不仅仅是脑部疾病，”钟说。“通过修改纳米颗粒的表面部分，我们可以直接靶向不同的器官，因为我们知道这些器官内特定的目标。纳米粒子在医学中的应用具有广泛且创新的应用。”