综述：用于克服创伤性脑损伤的诊疗一体化纳米材料的最新进展

《Journal of Nanobiotechnology》：Recent advances in theranostic nanomaterials for overcoming traumatic brain injury

本综述系统总结了诊疗一体化纳米材料在创伤性脑损伤（TBI）管理中的最新进展。文章重点介绍了多种纳米平台，包括纳米治疗剂（如PEG化纳米颗粒、多孔硅纳米颗粒、碳点纳米酶、树枝状聚合物、脂质纳米颗粒（LNPs）及基于siRNA的纳米颗粒）和纳米传感器（如肽基、细胞外基质（ECM）靶向、生物标志物响应型等），这些平台通过靶向递送、活性氧（ROS）清除、抑制神经炎症以及实时诊断监测，为克服TBI的复杂病理机制（如血脑屏障（BBB）破坏、氧化应激、钙超载等）提供了创新性解决方案，展现出巨大的转化潜力。

　　

创伤性脑损伤（TBI）是全球性的重大健康挑战，其特点是涉及氧化应激、炎症和血脑屏障（BBB）破坏等复杂的继发性损伤机制。传统的生物传感和治疗策略常因生物标志物检测效率低下以及损伤部位药物靶向性差而面临局限。近年来，诊疗一体化纳米材料作为一种前景广阔的解决方案应运而生，它将诊断和治疗功能集成于单一的纳米级平台之中。

脑损伤的病因

2019年全球疾病负担（GBD）研究揭示了TBI的多种病因，其中跌倒被确定为74%国家和地区的主要致伤原因，其次是行人道路伤害（14%）、机动车道路伤害（5%）以及冲突和恐怖主义（2%）。车辆事故是重要因素，通常涉及高速碰撞，因急剧减速导致脑震荡和弥漫性轴索损伤。同样，美式足球、拳击和橄榄球等高接触性运动与重复性头部创伤相关，这日益被认为与慢性创伤性脑病（CTE）的发展有关，CTE是一种进行性神经退行性疾病，以认知能力下降、情绪障碍和运动功能障碍为特征。跌倒，尤其是在老年人中，是TBI的另一主要诱因。在这一人群中，与年龄相关的脆弱性和合并症会加剧损伤严重程度、延长恢复时间并增加发病率。军事相关的TBI虽然在普通人群中较少见，但对士兵构成重大威胁，特别是那些从伊拉克和阿富汗等冲突地区返回的士兵。暴露于简易爆炸装置（IEDs）、炮弹和弹片产生的冲击波可能导致原发性损伤，如颅内压力波动、颅骨变形、血管损伤以及继发性穿透伤。这两种损伤类型都可能损害BBB的完整性，增加罹患慢性神经系统疾病的风险，包括认知障碍、创伤后应激障碍（PTSD）和CTE。此外，在动物模型中，重复的低强度冲击波暴露与神经炎症、Tau蛋白病变、神经元兴奋性增高和非惊厥性癫痫发作有关。这些多因素的损伤途径要求我们全面理解TBI的病理生理学，以开发针对性的治疗策略，特别是在军事人群中减轻长期神经和精神疾病。

根据2017年的报告，TBI预计到2030年仍将是损伤相关死亡和残疾的前三大原因之一。每年，估计有5000万至6000万人遭受TBI，造成约4000亿美元的全球经济负担。在神经系统疾病中，TBI的发病率最高，凸显了其对公共健康的深远影响。此外，TBI的影响日益受到个体和环境因素的塑造，包括年龄、伤前心理健康状况、应对能力以及更广泛的生命历程决定因素，如诉讼和医疗保健可及性。这些不同的病因突出了TBI的多因素性质，强调需要针对每种原因相关的特定病理生理机制和人口统计学变量制定个性化治疗策略。在此背景下，纳米科学已成为TBI治疗的一个有前景的途径，为神经保护、神经修复和向大脑受损区域的靶向给药提供了创新策略。纳米技术的进步可能为减轻TBI长期后果的更有效治疗干预铺平道路。

损伤进展的机制

TBI始于原发性损伤，其特征是立即的机械性损伤，导致神经元、胶质细胞和血管被剪切。虽然这种初始打击是不可逆的，只能通过主动的安全措施来预防，但它会引发复杂的继发性损伤机制级联反应。这个继发性阶段随时间推移而进展，由氧化应激、兴奋性毒性、线粒体功能障碍和神经炎症驱动——这些因素破坏了细胞稳态并导致进行性神经元细胞死亡。此外，血管完整性的损害进一步加剧了损伤进展，这些病理过程可能在初始创伤后持续很长时间，导致持续的慢性神经退行性变和生活质量的显著下降。

在没有治疗干预的情况下，TBI会诱导损伤相关分子模式（DAMPs）的释放，从而激活模式识别受体（PRRs）并促进炎症小体组装。这一级联反应最终通过gasdermin D（GSDMD-N）孔的形成引发细胞焦亡，导致促炎细胞因子如IL-1β和IL-18的释放。由此产生的炎症反应放大了神经炎症，并进一步促进继发性脑损伤。由于涉及直接机械损伤的原发性损害无法通过治疗逆转，目前的治疗策略集中于限制继发性损伤（即延迟的非机械性损伤）。这一阶段受到脑血流改变（包括低灌注和过度灌注）、脑血管自动调节功能受损、脑代谢功能障碍以及氧合不足的影响。继发性损伤在初始事件发生后的几分钟到几天内展开，为干预提供了关键机会。因此，在此阶段的有效干预旨在减轻继发性损伤，这种损伤会因脑血流改变、脑血管自动调节功能受损、代谢功能障碍和脑组织供氧不足而加剧。

最近的进展强调了基于纳米颗粒的TBI治疗策略的治疗潜力。值得注意的是，张及其同事证明，用纳米颗粒靶向细胞焦亡可有效减弱神经炎症反应，从而在TBI模型中防止继发性损伤。这种方法凸显了纳米颗粒介导的干预在破坏病理级联反应和改善TBI管理临床结果方面的前景。其中一种干预措施，即TBI后施用C-β-LG/DSF，通过抑制GSDMD-N孔的形成来破坏这一有害级联反应，从而减少炎性细胞因子的释放。这种靶向治疗策略，利用纳米颗粒工程和材料科学的最新进展，在减轻神经炎症和减弱继发性脑损伤方面显示出显著疗效。这些发现强调了其为TBI开发下一代治疗方法的光明潜力。

尽管有这些有希望的进展，但重大的障碍仍然阻碍着基于纳米颗粒的TBI疗法的临床转化。这些挑战通常源于损伤部位药物靶向性和滞留性不足，以及对TBI背后复杂且异质性的病理生理学理解不全面。此外，关于这些纳米技术的长期安全性、最佳给药方案和潜在的脱靶效应等关键问题仍然存在，所有这些都必须在广泛临床应用前得到严格解决。尽管如此，功能化纳米颗粒通过保护药理学有效载荷、改善靶向递送以及与生物材料支架协同工作以增强疗效，代表了一种引人注目的治疗策略。最终，纳米技术在神经病学和神经外科中成功的临床实施将依赖于材料科学的协调进步、对神经系统生物学的更全面理解以及纳米工程平台的合理整合。总的来说，这些发展预计将推动靶向干预措施的出现，以促进脑损伤背景下的轴突再生和神经修复。

基于纳米驱动的TBI治疗方法

TBI因其固有的异质性以及原发性损伤引发的复杂致病过程级联而带来巨大的治疗挑战。原发性病变——包括局灶性颅内出血、硬膜外和硬膜下血肿、脑挫伤和直接轴索中断——导致分子和细胞反应的显著变异性，从而使继发性损伤机制的精确靶向变得复杂。此外，脑损伤后展开的多因素病理学显著限制了现有诊断和治疗方法的有效性。值得注意的是，BBB限制了进入受损大脑的通道，这对小分子和大分子治疗药物的递送构成了主要障碍。在此背景下，基于纳米材料的平台已成为非常有前景的药剂，提供了解决传统疗法局限性的创新策略。其中，纳米诊疗剂已证明在TBI后能够靶向大脑关键区域（如皮层和海马体）的钙蛋白酶活性。值得注意的是，尽管钙蛋白酶活性在两个区域均降低，但皮层神经元中的凋亡抑制明显比海马体中的神经元更显著，表明对钙蛋白酶抑制的治疗反应存在区域差异性。在施用钙蛋白酶抑制肽（CAST）-聚乙二醇（PEG）-钙蛋白酶传感器（CS）或乱序CAST肽-PEG-CS 1小时后，对脑切片进行末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记（TUNEL）染色以评估细胞凋亡。TUNEL阳性区域的定量分析表明，CAST处理使受损皮层中的凋亡细胞数量减少了约50%，而在海马体中未观察到显著减少。同时，Kudryashev及其同事开发了一种微创纳米传感器，能够通过血液和尿液生物标志物检测钙蛋白酶活性。与传统的生物标志物（如胶质纤维酸性蛋白（GFAP））相比，该纳米传感器在识别轻度TBI方面表现出更高的灵敏度。此外，还设计了一种侧向流动分析（LFA）作为替代的免疫分析形式，能够快速检测生物标志物（20分钟，而酶联免疫吸附测定（ELISA）需要3小时），尽管灵敏度有所降低。LFA采用夹心法形式，其中a-FAM抗体固定在硝化纤维素膜上以捕获FAM标记的c-肽，而结合垫上的荧光标记链霉亲和素检测生物素部分，牛血清白蛋白（BSA）-生物素作为阳性对照。当以试纸条形式应用于稀释的尿液样本时，该检测法可检测到浓度范围为3.9至250 nM的肽。值得注意的是，来自重度损伤雌性小鼠的尿液样本产生了显著升高的LFA信号，受试者工作特征曲线下面积（AUC）达到1.00。相比之下，来自轻度损伤雌性小鼠和任一损伤严重程度的雄性小鼠的样本则表现出较差的诊断性能（ROC AUCs：0.68）。总的来说，这些发现突出了这种非侵入性方法在TBI早期诊断和进展监测方面的潜力。这些进展也强调了当前为改进钙蛋白酶抑制作为治疗策略、解决现有局限性并旨在改善TBI管理结果所做的持续努力。将靶向抑制与先进诊断工具相结合，是在优化TBI神经保护干预措施方面迈出的重要一步。此外，对活性氧（ROS）和活性氮（RNS）具有选择性的纳米酶已被用于清除这些有害物质，从而降低脑病灶中的炎症水平。最近的进展还集中于利用BBB的破坏来增强药物递送。Diaz等人引入了一种可灌注的细胞外基质衍生生物材料（iECM），可促进TBI中的血管完整性并调节炎症反应。iECM定位于损伤部位，并以剂量依赖的方式降低血管通透性，改善BBB功能并减少分子外渗到大脑中。这些发现表明，iECM在很宽的分子量范围（至少10-66 kDa）内都能保持大脑的血管完整性。此外，iECM的施用调节了基因表达，特别是在与神经炎症和神经保护相关的通路中，强调了其作为改善TBI中BBB功能障碍的治疗工具的潜力。iECM不仅增强了通过受损BBB的药物递送，还促进了血管完整性和调节炎症反应，为TBI治疗提供了全面的方法。总的来说，这些基于纳米材料的策略强调了纳米技术在推进TBI治疗方面的显著潜力。通过解决靶向药物递送、减少炎症和早期诊断能力等关键挑战，基于纳米的方法为改善TBI患者的临床结果提供了一种多方面的有效手段。

用于TBI的纳米治疗剂

本章总结了基于纳米材料的治疗方法，旨在克服TBI。作为上述策略的具体方案，本章的组织考虑了原发性损伤后颗粒的大小、给药时机、药物递送和积累、BBB通过以及基于基因的纳米颗粒治疗方面的临床因素。本章包括六个部分：（1）PEG化聚苯乙烯纳米颗粒，（2）多孔硅纳米颗粒，（3）基于碳点的纳米颗粒，（4）树枝状聚合物纳米颗粒，（5）脂质纳米颗粒（LNPs），和（6）基于siRNA的纳米颗粒。

PEG化聚苯乙烯纳米颗粒是Bharadwaj及其同事于2015年报道的一种制剂。该研究旨在调查纳米颗粒大小和给药时机对TBI后纳米颗粒在受损大脑中被动积累的影响。研究人员假设PEG化将改善纳米颗粒的体内循环时间，从而有利于其在BBB暂时性通透期间在损伤部位的积累。通过EDC/NHS偶联化学将甲氧基-聚乙二醇-胺（mPEG-NH₂）与羧基化聚苯乙烯纳米颗粒连接，合成了PSNPs。制备了四种不同尺寸（20、40、100和500 nm）的纳米颗粒，所得PSNPs的流体动力学直径增加，Zeta电位相对于非PEG化纳米颗粒降低。透射电子显微镜（TEM）图像证实了其球形形态，并且每种颗粒尺寸均获得 distinct 的荧光发射谱，允许进行多色成像。为了确定纳米颗粒递送的最佳时间窗口，使用可控皮质冲击（CCI）小鼠模型（一种广泛使用的TBI模型，可诱导具有可重复原发性和继发性损伤特征的局灶性皮层损伤）进行了体内生物分布研究。在损伤后不同时间点（1-24小时）静脉注射PSNPs。荧光成像和定量分析显示，纳米颗粒在受损大脑中的积累在损伤后1小时给药时达到峰值，并持续显著至6小时。值得注意的是，与较大的纳米颗粒（100和500 nm）相比，较小的纳米颗粒（20和40 nm）在损伤部位表现出更高且更持久的滞留。这项研究提供了令人信服的证据，表明TBI后纳米颗粒的被动积累受颗粒大小和给药时间的影响。小于100 nm的纳米颗粒在受损大脑中表现出增强的积累和延长的滞留。这些发现为设计利用损伤后BBB瞬时破坏的纳米治疗系统提供了宝贵的见解，从而优化药物递送效率并改善治疗效果。

第二个例子涉及Cheng及其同事于2016年报道的用CAQK肽功能化的多孔硅纳米颗粒（pSiNP）制剂。该研究介绍了一种用于TBI的细胞外基质（ECM）靶向递送平台，特别关注穿透性脑损伤（PBI），一种以局灶性机械损伤和胶质瘢痕形成为特征的TBI。该材料的设计基于观察到TBI后ECM成分（如腱生蛋白C、多功能蛋白聚糖和硫酸软骨素蛋白聚糖（CSPGs））显著暴露。为了应对原发性损伤，大脑经历一个涉及胶质瘢痕形成的修复过程，在此过程中CSPGs作为ECM重塑的一部分被显著上调。虽然此过程通过稳定病变部位和防止进一步组织损伤来帮助限制继发性损伤，但CSPGs的积累也构成了轴突再生的物理和生化屏障，从而阻碍长期神经修复。作为胶质瘢痕的关键组成部分，CSPGs被认为是受损脑微环境的病理学标志。通过体内噬菌体展示鉴定的CAQK肽选择性结合这些损伤相关的ECM结构。作者假设将CAQK与pSiNPs连接将促进全身性、损伤靶向的递送，克服抑制性微环境并增强治疗药物在损伤部位的积累。通过EDC/NHS偶联化学将PEG-NH₂和CAQK肽与羧基化pSiNPs连接，合成了pSiNPs。TEM分析证实了pSiNPs的球形形态和单分散性。CAQK肽成功连接到pSiNPs表面，且未损害颗粒的稳定性。通过分析TBI后小鼠的脑组织进一步验证了CAQK肽结合的特异性。免疫组织化学染色显示，与对侧半球和健康对照大脑相比，受损半球中CAQK结合ECM的存在显著更高。使用CCI小鼠模型进行了体内评估。静脉注射后，CAQK-pSiNPs在受损皮层的积累显著高于用乱序CGGK肽功能化的对照pSiNPs。荧光成像和定量分析进一步证实了CAQK-pSiNPs在损伤部位（最显著的是在皮层和胼胝体）的优先定位。重要的是，通过对人TBI脑组织的分析支持了这种ECM靶向策略的转化相关性。组织学检查显示，在从TBI患者获取的人样本的胼胝体和皮层中，CAQK-pSiNPs显著积累，而非靶向pSiNPs则表现出可忽略的定位。定量测量证实，当使用CAQK肽时，人脑组织受损区域的颗粒覆盖度显著更高。这项研究提供了令人信服的证据，表明使用CAQK肽功能化的pSiNPs进行ECM靶向递送能够实现全身性、非侵入性的纳米颗粒在TBI部位的积累。此外，该策略在人脑组织样本中的成功应用突出了其潜在的转化价值。

第三个例子是Xiao-Dong Zhang及其同事于2019年报道的碳点纳米颗粒系统。该研究介绍了一种将纳米材料与催化活性相结合以选择性调节TBI中氧化应激的新型纳米酶策略。这些基于碳点的纳米颗粒的设计基于用纳米材料模拟酶活性的概念。纳米酶是具有类酶催化特性的纳米级材料，与传统酶相比具有若干优势，包括在生理条件下增强的稳定性、对环境变化（如pH和温度）的抵抗力、成本效益以及生产的可扩展性。鉴于氧化应激在TBI继发性损伤机制中的核心作用，作者试图开发具有定制催化活性的碳点纳米颗粒，能够选择性消除RNS，同时保留生理性ROS信号。此外，它们被设计用于有效清除ROS和RNS（统称为活性氧氮物种（RONS）），这些物质是TBI后持续神经炎症和神经元损伤的原因。以柠檬酸和半胱氨酸为前体，通过水热碳化过程合成了碳点纳米颗粒。这种方法合成了单分散、球形的碳点纳米颗粒，平均流体动力学直径约为3 nm，高分辨率TEM成像证实了这一点。这些碳点纳米颗粒的表面富含氨基和巯基官能团，这有助于其催化活性和对RNS的选择性靶向。如图所示，这些纳米颗粒的治疗机制涉及其选择性清除RNS物种的能力，从而减轻氧化损伤。通过减少脂质过氧化、抑制基质金属蛋白酶（MMP）活性和增强超氧化物歧化酶（SOD）活性，碳点纳米颗粒可有效减轻TBI后的继发性损伤。系统地表征了碳点纳米颗粒的物理化学和催化特性。体外测定表明，碳点纳米颗粒对RNS（特别是一氧化氮（·NO）和过氧亚硝酸盐（ONOO^-））表现出强大的清除活性，而对普通ROS（如超氧阴离子（O₂^-）和过氧化氢（H₂O₂））的反应性最小。定量分析证实，与对照组和H₂O₂处理组相比，用碳点纳米颗粒处理显著降低了细胞内普通ROS、O₂^-和ONOO^-的水平。此外，纳米颗粒在氧化应激条件下有效抑制了·NO水平。使用CCI小鼠模型评估了体内治疗效果。静脉注射后，碳点纳米颗粒由于TBI后BBB的瞬时破坏而优先积累在损伤部位。脑组织的宏观检查显示，与未治疗的TBI对照组相比，治疗动物在损伤后1天和3天病变尺寸显著减小。生化分析显示，治疗恢复了SOD活性，同时在14天内降低了H₂O₂浓度、脂质过氧化和谷胱甘肽二硫化物（GSSG）水平。这项研究提供了令人信服的证据，表明对RNS具有超高选择性的碳点纳米颗粒可以有效调节氧化应激并减轻TBI后的继发性脑损伤。其小尺寸、优异的生物相容性和精确的RNS靶向性凸显了该平台作为一种有前景的纳米治疗方法的潜力。此外，酶模拟纳米材料在神经创伤中的成功应用突出了基于纳米酶策略的多功能性，并表明其持续发展可能为TBI治疗提供有价值的临床解决方案。

第四个例子是Xiao-Bing Fu及其同事于2020年开发的基于树枝状聚合物的纳米颗粒系统。该研究介绍了一种用于治疗TBI急性神经炎症的以小胶质细胞为靶点的纳米治疗策略，使用与抗炎生物碱青藤碱（SIN）结合的树枝状聚合物纳米颗粒。该设计基于激活的小胶质细胞在TBI后继发性损伤级联反应中的关键作用。激活后，小胶质细胞释放促炎细胞因子和介质，加剧神经元损伤。为了解决这个问题，作者旨在开发能够选择性靶向激活的小胶质细胞并递送SIN以抑制神经炎症反应，同时最小化全身副作用的树枝状聚合物纳米颗粒。树枝状聚合物是纳米级、高度支化且对称的大分子，起源于一个中心核，并通过多层支化单元扩展。其明确的结构和多价性使其成为药物递送的理想平台，具有高有效载荷能力、可控药物释放和用于靶向递送的表面功能化。利用这些特性，作者设计了树枝状聚合物纳米颗粒，以特异性将SIN递送至受损大脑中激活的小胶质细胞。使用第4代（G4）聚酰胺-胺（PAMAM）树枝状聚合物作为核心结构合成了树枝状聚合物纳米颗粒。通过铜（Cu）催化的点击反应，使用PEG连接子将SIN与树枝状聚合物连接，该连接子进一步用酸敏感的腙键修饰。这种双重修饰策略实现了有效的药物结合和在激活小胶质细胞特有的酸性微环境中的pH响应性药物释放。通过结构表征证实了SIN与树枝状聚合物骨架的成功连接。动态光散射（DLS）分析显示均匀的流体动力学直径约为4.87 nm，Zeta电位为-0.16 mV。在脂多糖（LPS）刺激的小胶质细胞中评估了SIN结合树枝状聚合物纳米颗粒的抗炎功效。与游离SIN或对照组相比，用树枝状聚合物纳米颗粒处理显著下调了促炎细胞因子的mRNA表达，包括肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）、CC趋化因子配体3（CCL-3）和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）。这些结果证实了树枝状聚合物纳米颗粒有效减弱小胶质细胞激活的能力。在体内，使用CCI小鼠模型进行了治疗评估。静脉注射后，荧光成像显示树枝状聚合物纳米颗粒优先积累在同侧损伤部位，与激活的小胶质细胞（IBA1阳性细胞）和星形胶质细胞（GFAP阳性细胞）共定位。相比之下，在对侧大脑区域观察到最小的积累。这些发现突出了树枝状聚合物纳米颗粒向发炎脑组织的强大靶向能力。这项研究提供了令人信服的证据，表明通过树枝状聚合物纳米颗粒进行小胶质细胞靶向递送抗炎药物可以有效抑制神经炎症并减轻TBI后的继发性脑损伤。酸敏感的药物释放机制、选择性小胶质细胞摄取和良好的药代动力学特征突出了这种纳米治疗平台的潜力。这些发现支持树枝状聚合物纳米颗粒有助于开发针对TBI神经炎症的临床可转化精准治疗策略。

第五个例子是Hongmei Liu及其同事于2022年报道的基于LNP的策略，用于调节TBI中的氧化应激和钙超载。第六个例子是Ester J. Kwon及其同事于2023年报道的LNP平台，旨在通过调节PEG化密度来优化药代动力学并增强向大脑受损区域的靶向递送。这两项研究提供了独特但互补的方法，利用LNPs的多功能性来解决TBI病理的多个方面。LNPs因其生物相容性、结构灵活性以及利用TBI的病理特征（如BBB破坏和氧化应激）进行靶向治疗递送的能力而成为TBI治疗的有前景的纳米平台。特别是，LNPs可以通过功能部分和响应元件进行工程化改造，以减轻继发性损伤过程，包括氧化应激和神经炎症。

在第五个例子中，Liu及其同事开发了CAQK肽功能化的、ROS响应的LNPs（CL-PPS/Np），以预防TBI后的继发性脑损伤。该设计基于氧化应激和钙（Ca²⁺）超载在加剧损伤后神经元损伤中的双重作用。作者假设一种能够清除ROS并抑制细胞内Ca²⁺内流的纳米平台可以协同减轻继发性脑损伤。CL-PPS/Np由脂质包被的PPS聚合物核心组成，包含卵磷脂、CAQK-DSPE-PEG和DSPE-PEG₂₀₀₀。疏水的PPS核心对ROS敏感，氧化后转变为亲水形式，导致纳米颗粒解体并控制药物释放。这种设计使得能够通过CAQK介导的归巢和ROS触发的封装剂释放，在TBI损伤区域实现靶向积累，进而阻断L型Ca²⁺通道并清除细胞外ROS，从而减少神经元凋亡和神经炎症。体内生物分布分析证实了CL-PPS/Np在TBI部位的选择性积累，在注射后6小时观察到最高信号强度。这些发现证明了功能化LNPs在通过调节氧化应激和抑制TBI中钙超载来减轻继发性损伤方面的治疗潜力。

在第六个例子中，Kwon及其同事研究了PEG-脂质锚定长度对TBI小鼠模型中LNPs药代动力学和脑积累的影响。该研究基于TBI后BBB的瞬时破坏，允许全身给药的纳米颗粒被动积累。作者假设调节PEG化密度会改变LNP循环时间并增强在损伤部位的靶向积累。使用MC-3、DSPC、胆固醇、DMG-PEG和不同比例（0.1%、0.5%、1.0%）的DSPE-PEG配制LNPs。DLS分析证实所有制剂具有均匀的颗粒尺寸。尽管PEG密度不同，mRNA封装效率始终保持较高水平。药代动力学研究表明，增加DSPE-PEG含量可延长血液半衰期。体内生物分布分析显示，随着DSPE-PEG含量的增加，LNPs在受损大脑半球的积累增强，同时减少了在外周器官的脱靶分布。这些结果突显了PEG-脂质组成在优化TBI治疗中LNPs药代动力学和递送效率方面的重要性。

总的来说，这两项研究说明了LNPs作为TBI纳米治疗平台的多功能性。通过整合靶向肽、ROS响应核心和PEG化密度调节，LNPs可以被设计来有效解决主要病理特征和BBB破坏。这些策略为开发临床可转化的基于LNP的纳米疗法以改善TBI患者的神经保护和功能恢复奠定了坚实的基础。此外，这些指标能够精确评估LNP在TBI模型中的活性，并突出了通过调整锚定长度来优化LNPs以克服TBI的关键要素。

第七个例子是Peixuan Guo及其同事于2024年开发的基于siRNA的纳米颗粒系统。该研究介绍了用于系统性递送siRNA至TBI后受损大脑的PEG化多聚RNA纳米颗粒。该设计基于需要有效的基因沉默疗法来调节继发性损伤机制，这些机制主要由炎性细胞因子和神经毒性介质的过度表达驱动。这些分子事件导致进行性神经元损伤，但目前尚无获批的疗法能改善长期大脑健康。RNA干扰（RNAi）疗法通过抑制有害基因（如促炎细胞因子）的表达提供了一种有前景的策略。然而，基于RNA的治疗药物面临重大挑战，包括有限的BBB通透性和较差的体内稳定性，这限制了其实际应用。为了解决这些挑战，作者设计了具有PEG化表面的多聚RNA纳米颗粒，以提高稳定性、延长循环时间并促进在损伤部位的积累。使用滚环转录（RCT）方法合成了RNA纳米颗粒，该方法能够大规模生产多聚RNA链，随后自组装成三向连接（3WJ）纳米结构并进行表面PEG化。结合了染料标记过程以促进体内生物分布的成像。通过离心和分离步骤纯化了亚100 nm的纳米颗粒，TEM成像证实了其均匀的球形形态。体外研究表明，PEG化RNA纳米颗粒表现出高稳定性和低细胞毒性。在BV2小胶质细胞中的细胞摄取分析显示，PEG化RNA纳米颗粒的内化效率优于裸露的RNA纳米颗粒。此外，RNA纳米颗粒被设计为携带靶向TNF-α的siRNA序列，TNF-α是TBI病理中涉及的关键促炎细胞因子。在 murine CCI 模型中全身给药后，体内荧光成像显示PEG化RNA纳米颗粒优先积累在受损大脑半球，而在对侧半球观察到最小信号，在外周组织中