以 LNP 作为递送载体的核酸疗法在治疗神经系统性疾病方面潜力无穷。例如，基于 mRNA 技术的蛋白疗法或者基因编辑技术治疗神经退行性疾病、脑癌和中风等。下面，随便举两个 RNA 疗法治疗神经性疾病的例子：
2022 年，有人使用脱氧胆酸缀合的聚乙烯亚胺（DA-PEI）作为递送载体，将编码血红素加氧酶 1（HO1）的自复制 RNA 递送至缺血脑部。在缺血性中风动物模型中，评估HO1-Rep-mRNA/DA-PEI 复合物的治疗效果，将复合物立体定向注射到大脑中。HO1-Rep-mRNA/DA-PEI 复合物编码的 HO1 表达在注射后至少持续 7 天。由于 HO1 的表达较高且时间较长，大大降低脑部细胞凋亡水平和梗塞面积。这些结果表明 HO1-Rep-mRNA/DA-PEI 复合物可能具有作为治疗缺血性中风的长效治疗潜力。
2023 年，有人将编码脑源性神经营养因子（BDNF）的 mRNA 递送至大脑和脊髓，星形胶质细胞持续表达释放 BDNF 蛋白，可显着改善阿尔茨海默病小鼠模记忆力。
LNP 脑部给药方式是核酸疗法成功的关键。直接脑部注射和脑脊液注射具有高度侵入性、技术复杂且从注射部位扩散有限。相比之下，通过静脉注射等全身给药途径将药物递送至大脑是更好的选择。然而，通过全身给药将 LNP 递送至大脑的方法还未被充分研究。
血脑屏障（blood−brain barrier ，BBB）是保护大脑的一道闸门，只让有用的东西进入大脑，比如氧气、水和糖，而不让有害的东西进入大脑，比如细菌、毒素和一些药物。这样，大脑就能保持一个安全和稳定的环境，让我们的神经系统正常工作，控制我们的思考、感觉和行动。
血脑屏障的主要成分是一种叫做脑毛细血管的细小血管，它们分布在大脑的各个部位，把血液带到大脑的细胞。脑毛细血管的壁很特别，它们由一层叫做内皮细胞的细胞组成，这些细胞之间连接得非常紧密，没有空隙，就像一条密封的管子，不让任何东西从中间漏出来。除了内皮细胞，血脑屏障还有一层叫做基底膜的薄膜，和一些叫做星形胶质细胞的神经细胞，它们都起到了支持和加固的作用，让血脑屏障更加坚固。
血脑屏障可阻止约 98% 的小分子药物和约 100% 的大分子药物进入大脑。LNP 必须穿过这个高度选择性的屏障才能到达大脑。目前，并没有十分高效的递送载体来突破血脑屏障。
开发全身给药后实现高效脑递送效率 LNP 的限制因素之一就是是缺乏信息丰富的体外筛选平台。利用在传统 96 孔板中生长的单层脑内皮细胞，可高通量筛选转染效率（transfection），但是，由于缺乏两个隔室意味着这种方法无法评估跨血脑屏障的转运（tansport）。BBB transwell 模型具有分隔两个隔室的半透膜，允许转运测量，但通量低，因为它们通常仅用于 12 或 24 孔，并且不捕获转染。理想的体外 BBB 筛选系统应该包含脑内皮细胞的转染和转运。
优化 HTS-BBB 单层生长条件。
为开发一个高通量平台来筛选用于转染和跨 BBB 运输的 mRNA LNP，研究人员在 96 孔 Transwell 板上创建了 HTS-BBB。每个孔由生长在半透膜上的脑内皮单层组成，将顶室（代表血液侧）和基底外侧室（代表脑侧）分开。为了准确评估 LNP 跨脑内皮单层的转运，单层不得有任何间隙或过度生长。选择永生化人微血管脑内皮 (hCMEC/D3) 细胞作为细胞系，因为它们在 1 型胶原蛋白（BBB 基底膜的关键成分）上生长时能够形成接触抑制单层细胞，并且表达紧密和粘附连接，有助于调节 BBB 的结构完整性和渗透性。对 hCMEC/D3 细胞生长条件进行优化，确保脑内皮细胞单层的功能完整性和选择通透性。
优化 HTS-BBB 模型转染和转运 mRNA-LNP 报告评估系统
研究人员制备脂质纳米颗粒时，添加一种亲脂性染料 DiR，并且优化 DiR 摩尔比（1%），用来追踪跨域脑内皮细胞单层的脂质纳米颗粒，评估 LNP 转运效率。选择 Lucierase mRNA 作为报告基因，依据荧光信号，评估 LNP 转染效率。
HTS-BBB 模型体外筛选，小鼠体内验证。
基于已建立的 HTS-BBB 模型，对包含 14 种具有独特可电离脂质结构的 LNP 库进行筛选，通过验证候选 LNP 在静脉注射后对小鼠脑的转染效果，证明 HTS-BBB 对体内表现的预测性。
体外筛选结果显示，LNP3/8 具有较高的转运效率和较低的转染效率，相比之下，LNP1/4/10 具有较高的转染效率。研究人员将体外筛选到的 LNP 包封 Luc-mRNA，按照 0.3mg/kg mRNA 剂量，静脉注射到小鼠体内。检测结果显示，LNP4/10 在大脑中的荧光信号最强，并且，LNP4 的荧光信号强度要超过 LNP3 的 1000 倍。将小鼠体内总荧光强度与每个器官的荧光强度进行比较，发现注射 LNP4 的小鼠大脑荧光强度占据 1%的总荧光强度，然而，注射 LNP3 的小鼠大脑荧光强度仅仅占据 0.2%的总荧光强度。
尤其值得关注的是，尽管体外筛选时，LNP3 表现出极佳的转运能力，但是，在小鼠体内，LNP3 表现非常弱的转染效率，这说明脂质纳米颗粒的转染能力与跨越内皮细胞的转运能力是完全不同的两回事情。LNP 递送进大脑内，并不意味着其一定会发生高效转染。
小结
总之，这项研究开发一种高通量的 LNP 体外筛选平台-—HTS-BBB，可双重评估 mRNA-LNP 在血脑屏障的转染和转运效率，并证明 HTS-BBB 平台可以预测 mRNA-LNP 在体内递送至大脑的效率。
重要的是，发现具有高转染率和高运输率的 LNP 都可以用来治疗神经系统疾病。具有高脑内皮转染率的 LNP 可以用来递送 mRNA 来修复 BBB，例如，在包括中风和创伤性脑损伤在内的炎症性脑病理中。具有高 BBB 透过性的 LNP 可以进一步优化，以转染特定的脑细胞类型，如神经元或星形胶质细胞。
当前版本的 HTS-BBB 还是相对简单，只包含内皮细胞以及还处于验证阶段的共培养神经元。未来需要增加平台的复杂性，以适应更定制化的应用，例如，添加其他细胞类型，如星形胶质细胞、缘周细胞或小胶质细胞，或者添加其他组分来研究神经免疫通讯。
