原位递送大麻二酚载药GelMA海绵减轻创伤性脑损伤后脑水肿与神经炎症

《Materials Today Bio》：In situ delivery of cannabidiol-loaded GelMA sponge attenuates cerebral edema and neuroinflammation in traumatic brain injury

创伤性脑损伤（TBI）仍是严重致残的主要病因，其继发性损伤是干预研究重点。大麻二酚（CBD）具有神经保护潜力，但常规全身给药存在局限。研究人员制备了一种原位可植入的CBD负载甲基丙烯酰化明胶（GelMA）海绵（GM-CBD），具有短期细胞相容性与血液相容性，且未检测到明显体内异常。在非等效给药方案下，GM-CBD与腹腔注射CBD（10 mg/kg）呈现不同浓度-分布特征：GM-CBD组CBD在损伤周缘皮质持续蓄积48 h，而血清CBD持续偏低。在Feeney模型大鼠TBI模型中，行为学与神经病理学评价确定单块含名义15 μg CBD的海绵为工作剂量。该剂量下，GM-CBD降低神经功能缺损评分，改变TBI大鼠运动与探索行为，减轻神经元损伤和凋亡；同时上调紧密连接蛋白与CD31+内皮细胞表达，下调GFAP+星形胶质细胞增殖，改变AQP4分布，改善血脑屏障（BBB）完整性并缓解创伤后脑水肿。此外，GM-CBD降低IL-6、IL-1β、TNF-α水平，升高IL-10，抑制小胶质细胞活化，减轻急性神经炎症。转录组测序显示GM-CBD相关差异表达基因主要参与免疫、应激和炎症反应，NF-κB、PI3K-Akt、TNF信号通路显著富集。综上，GM-CBD提供一种原位缓释策略，通过减轻创伤后脑水肿与神经炎症发挥神经保护作用。

研究背景方面，创伤性脑损伤（TBI）是全球范围内致残与死亡的重要神经急症，原发机械损伤不可逆，而随后数小时至数天内的继发性病理级联反应决定临床结局。继发过程包括颅内高压、脑水肿、灌注障碍、缺血缺氧、血脑屏障（BBB）破坏、神经炎症与广泛神经元死亡。现有临床用药以渗透剂、利尿剂与糖皮质激素为主，仅能短暂缓解症状，无法促进损伤脑区结构或功能再生。脑水肿与神经炎症之间存在正反馈：BBB破坏使免疫细胞进入脑实质，激活驻留小胶质细胞，促炎因子破坏内皮紧密连接，进一步加重血管渗漏与水肿。大麻二酚（CBD）是非精神活性植物大麻素，可抗炎、抗氧化并恢复BBB完整性，但腹腔给药因高亲脂性在脂肪组织蓄积，口服因首过代谢生物利用度低，静脉给药半衰期短且需专业操作。甲基丙烯酰化明胶（GelMA）是可光交联、可调孔道与降解性的生物材料，适合作为损伤局部缓释基质。因此，研究人员构建CBD负载GelMA海绵（GM-CBD），用于TBI后原位递药，以阻断继发损伤。该研究发表于《Materials Today Bio》。

主要关键技术方法方面，研究人员使用成年雄性Sprague-Dawley大鼠建立改良Feeney自由落体局灶性皮质挫伤TBI模型，设置Sham、TBI、甘露醇（MAN）、腹腔CBD、空白GelMA及低中高GM-CBD剂量组；通过LC-HRMS进行血清与周缘皮质CBD浓度-分布表征，以CCK-8与钙黄绿素-AM/碘化丙啶染色评估短期细胞相容性，溶血实验评估血液相容性；采用UPLC-UV测定包封率与体外释放，SEM观察孔结构，Western blot、免疫荧光、ELISA、TUNEL、Nissl与H&E评价屏障、水肿、炎症与神经元损伤；以分子对接与表面等离子共振（SPR）分析CBD与水通道蛋白4（AQP4）相互作用；对损伤周缘皮质行RNA-seq转录组与RT-qPCR验证，并由DESeq2鉴定差异表达基因（DEGs）及GO、KEGG富集。

研究结果方面，3.1 GelMA与GM-CBD海绵表征及配方筛选：通过¹H NMR与FTIR确认明胶甲基丙烯酰化及CBD整合，SEM见多孔互联结构；GM-CBD肿胀与质量损失曲线接近空白GelMA，UPLC-UV显示包封均匀、中心与外缘CBD比约0.99，72 h累计释放约80.10%，说明海绵适合颅内局部载药缓释。

3.2 GM-CBD短期相容性与CBD浓度-时间特征：研究人员由ip-CBD皮质峰值约91.30 ng/g推算安全提取浓度，CCK-8表明≤5 μg/mL对HT22、星形胶质细胞、bEnd.3内皮细胞短期无毒，溶血率低于5%；体内LC-HRMS显示GM-CBD组周缘皮质48 h仍可检出CBD，AUC(0–t)为5050.11 h·ng/g，血清AUC仅275.10 h·ng/mL，短期肝肾功能与主要脏器未见异常，说明局部暴露高、全身暴露低。

3.3 GM-CBD对TBI大鼠急性期神经保护：mNSS、旷场实验（OFT）与 Elevated Plus Maze（EPM）显示中、高剂量改善神经缺陷与探索活动；H&E、Nissl、TUNEL及NSE、S-100β ELISA表明15 μg名义投药量可保留神经元、减少凋亡与损伤标志物，低剂量获益不显著，空白GelMA无保护作用，故选定15 μg为工作剂量。

3.4 GM-CBD通过恢复紧密连接完整性缓解BBB功能障碍：脑含水量与Evans blue外渗显示GM-CBD与MAN均减轻皮质与海马渗漏；Western blot与claudin-5免疫荧光显示ZO-1、occludin、claudin-5下调被逆转，证明GM-CBD经稳定内皮紧密连接减轻脑水肿。

3.5 GM-CBD关联TBI后AQP4表达及血管周围共定位变化：分子对接结合能?6.7 kcal/mol，SPR得CBD-AQP4 KD为56.6 μM；体内GFAP上调、CD31下降、AQP4增加，GM-CBD降低GFAP与AQP4，提升CD31，并使AQP4由GFAP⁺反应性星形胶质细胞共定位回向CD31⁺血管内皮结构偏移，提示其兼顾抑制星形胶质细胞过度活化与保护血管内皮。

3.6 GM-CBD减轻TBI后神经炎症：ELISA显示GM-CBD下调IL-6、IL-1β、TNF-α并上调IL-10，Iba-1免疫荧光表明小胶质细胞活化受抑，其中GM-CBD对IL-6的抑制优于MAN与ip-CBD。

3.7 同侧皮质转录组与分子验证：GM-CBD vs TBI共794个DEGs；GO显示TBI相关过程为免疫、应激、炎症响应，KEGG显示GM-CBD相关NF-κB、PI3K-Akt、TNF通路富集；Western blot见p-p65/p65降低、p-AKT/AKT升高，RT-qPCR验证Hpcal1、Htr2c、Slc13a3、Syt17、Ndnf方向一致，说明GM-CBD伴随炎症信号与生存修复相关转录改变。

讨论部分总结方面，研究人员指出TBI继发水肿与炎症相互放大，MAN仅暂时控水肿且长期用有肾与电解质风险；GM-CBD借GelMA_2-10载体实现局部持续释药，体外前2 h释22.27%、72 h释80.10%，体内周缘皮质CBD持续蓄积而血清低，空白GelMA保护有限，说明疗效主要来自CBD缓释而非支架本身。GM-CBD通过神经血管单元（NVU）层面恢复紧密连接、重排AQP4、抑制GFAP⁺活化、保护CD31⁺内皮、抑制小胶质细胞与促炎因子，并伴NF-κB下调与PI3K-Akt激活。研究人员也承认局限：仅评2天急性期，缺长期认知与功能结局；GM-CBD与ip-CBD未做暴露匹配，转录组未纳入空白海绵与ip-CBD对照，故不能区分CBD本身效应与局部递送优势。

结论部分翻译：本研究显示，通过GM-CBD海绵进行局部给药提供了一种原位CBD递送策略，在48 h观察期内CBD于损伤周缘皮质持续可检出。GM-CBD处理大鼠中观察到急性创伤后脑水肿与神经炎症改变的减轻，提示GM-CBD海绵具有神经保护潜力。