针对上述问题，清华大学生物医学工程学院张明君教授团队与首都医科大学附属北京天坛医院/国家神经系统疾病临床医学研究中王伊龙教授团队提出了利用颅骨骨髓免疫细胞原位靶向递送药物跨越血脑屏障的全新策略，无需体外操作、无需突破血脑屏障，直接借助颅骨‑脑膜天然免疫通路实现病灶靶向药物富集，显著提升脑部疾病治疗效率与安全性。该策略通过原位激活颅骨免疫细胞、搭载药物主动靶向脑部病灶，实现无创、高效、安全的脑部靶向递药，为脑卒中、神经炎症等中枢神经系统疾病提供了可临床转化的全新治疗范式。该文章于2026 年 03 月 5 日以《Nanoparticles hijack calvarial immune cells for CNS drug delivery and stroke therapy》为题发表于《Cell》（DOI：org/10.1016/j.cell.2025.12.008）。

（1）白蛋白纳米粒的制备与物理化学特性表征

如图1A 所示，白蛋白纳米粒采用去溶剂化法制备，以牛血清白蛋白（BSA）作为载体材料，通过乙醇诱导自组装形成均匀的球形纳米颗粒。在制备过程中，白蛋白分子间通过疏水作用与氢键稳定排列，形成粒径均一、分散性良好的纳米粒体系。通过动态光散射（DLS）表征显示，该纳米粒的水合粒径集中在 100–120 nm，且具有良好的单分散性（图1B）。同时，纳米粒在4°C、25°C、37°C等不同储存条件下均保持粒径稳定，无明显聚集或沉降，表现出优异的储存稳定性（图1C）。进一步通过透射电镜（TEM）观察，白蛋白纳米粒呈现均匀的球形形貌，表面光滑，粒径分布与 DLS 结果一致（图1D）。此外，纳米粒的Zeta 电位约为 - 18 mV，表面负电性适中，有利于延长体内循环时间并减少非特异性摄取（图1E）。为验证载药能力，以疏水性模型药物进行装载，结果显示该纳米粒具有较高的载药量与包封率，且药物释放呈现缓慢、持续、稳定的特征，无明显暴释现象（图1F）。此外，白蛋白纳米粒在不同pH 环境下均表现出良好的粒径稳定性与分散性，粒径无明显增大或聚集，表明其在复杂生理环境中具有良好的抗干扰能力（图1G）。溶血实验结果显示，在有效浓度范围内纳米粒几乎无溶血效应，溶血率均低于 5%，满足体内生物安全性要求（图1H）。

图1 纳米颗粒在体内靶向颅骨髓系细胞。（A）将纳米颗粒注入颅骨骨髓，靶向体内颅骨髓系细胞的示意图。（B 和 C）白蛋白纳米颗粒的 SEM（B）和 DLS（C）表征。（D）共聚焦图像显示从颅骨骨髓中分离的 Gr1+ 细胞对白蛋白纳米颗粒的吞噬作用。（E 和 F）代表性的流式细胞术数据和统计结果显示，白蛋白纳米颗粒在体内对髓系细胞及其亚群（包括中性粒细胞和 Ly6Chi 单核细胞）具有靶向效率，适用于未处理和 LPS 处理的小鼠。每组 n = 3 个生物学重复。数据以平均值 ± 标准差表示。采用双因素方差分析和 Šídák 多重比较检验。 ∗ p < 0.05 和 ∗∗ p < 0.01。（G）注射生理盐水对照（左）和白蛋白纳米颗粒（右）后小鼠颅骨骨髓细胞的代表性透射电镜图像。（H）光学透明化颅骨的荧光图像显示 FITC 标记的白蛋白纳米颗粒对 Gr1+ 细胞的体内靶向作用。

（2）颅骨髓系细胞通过颅骨-脑膜免疫通道介导纳米粒向中枢神经系统边界递送

如图 2A 所示，光片成像结果显示，LPS 处理的神经炎症模型小鼠中，颅骨来源的 Gr1 + 髓系细胞通过颅骨 - 脑膜微通道发生大量迁移，而假手术组小鼠仅出现少量细胞迁移。定量统计结果表明，LPS 组微通道内 Gr1 + 信号的分布密度与分布比例均显著高于假手术组（图2B、2C）。如图 2D 所示，透明化颅骨成像直观证实 Gr1 + 细胞可携带白蛋白纳米粒沿微通道向中枢神经系统迁移；正交视图进一步显示载纳米粒的 Gr1 + 细胞主要通过微通道的血管周围间隙完成迁移过程（图2E）。共定位分析结果显示，纳米粒与 Gr1 + 细胞在通道内呈现高度共定位，Manders 相关系数存在显著统计学差异（图2F）。透射电镜结果清晰显示，载纳米粒的骨髓细胞穿越颅骨 - 脑膜微通道血管周围间隙的超微结构形态（图2G）。硬脑膜全组织成像及放大视图证实，LPS 诱导的炎症状态下，载纳米粒的 Gr1 + 细胞广泛存在于硬脑膜组织中，白色箭头指示共定位信号（图2H、2I）。上述结果证实，颅骨髓系细胞可作为纳米药物的天然递送载体，通过颅骨 - 脑膜免疫通道实现跨越血脑屏障的中枢靶向运输。

图2 颅骨髓系细胞通过颅骨-脑膜免疫通道介导 NP 向中枢神经系统边界的递送。（A）光学透明化处理的颅骨光片图像显示，LPS 处理组小鼠和假手术对照组小鼠的颅骨髓系细胞反应不同。LPS 处理组小鼠的颅骨髓系细胞大量迁移穿过微通道。而假手术对照组小鼠的迁移则偶有发生。（B 和 C）沿微通道 Gr1+ 信号分布密度（B）和分布比例（C）的统计数据。每组 4 个生物学重复，每个生物学重复 n = 6–8 个技术重复。数据为平均值 ± 标准差。非配对 t 检验。 ∗∗∗ p < 0.001。（D）光学透明化的颅骨代表性图像显示 Gr1+ 细胞通过微通道将 NPs 输送到中枢神经系统。（E）载有纳米颗粒的 Gr1+ 细胞在颅骨脑膜微通道的血管周围间隙中迁移的扩展正交视图。(F) 沿通道的纳米颗粒与 Gr1+ 细胞共定位分析。图中显示了各组之间的阈值 Manders 相关系数。每组 n = 7–9 个技术重复。数据为平均值 ± 标准差。（G）载有纳米颗粒的骨髓细胞通过颅骨脑膜微通道的血管周围间隙迁移的代表性透射电镜图像。（H 和 I）代表性图像（H）和放大图（I）显示硬脑膜中存在负载纳米颗粒的 Gr1+ 细胞。白色箭头指示与 FITC 标记的白蛋白纳米颗粒共染色的 Gr1+ 细胞。

（3）颅骨髓系细胞促进靶向递送至中枢神经系统病灶

如图3A所示，流式细胞术通过特异性表面标记清晰区分了脑组织中的中性粒细胞、小胶质细胞及其他免疫细胞亚群，为后续定量分析提供了可靠的门控策略。在 LPS 诱导的神经炎症模型中，6 h 及 24 h 的流式结果显示，LPS 处理组中性粒细胞与 CD45hi 免疫细胞对白蛋白纳米粒的摄取率均显著高于生理盐水组，半定量分析进一步证实炎症状态可显著提升两类细胞的相对摄取比例（图3B–G）。在 MCAO 脑卒中模型中，免疫荧光成像直观显示，缺血侧脑组织中 Gr1 + 中性粒细胞与纳米粒高度共定位，且大量纳米粒信号出现在 NeuN + 神经元周围，而对侧健康脑组织中几乎无相关信号，体现出显著的病灶靶向性（图3H–I）；流式定量结果进一步验证，缺血侧中性粒细胞与 CD45hi 细胞的纳米粒摄取率均远高于对侧，相对摄取比例存在极显著统计学差异，证实脑卒中损伤可驱动免疫细胞向病灶定向迁移并携带纳米粒（图3J–K）。高倍免疫荧光成像清晰展示了 Gr1 + 中性粒细胞与 NeuN + 神经元的直接接触，纳米粒信号集中于细胞接触界面，提示存在胞间药物传递过程（图3L）；体外共培养实验进一步验证，中性粒细胞可与神经元形成紧密接触，并介导纳米粒从中性粒细胞向神经元胞内转运，直观证实了中性粒细胞介导的神经元靶向递送机制（图3M）。

图3 颅骨髓系细胞促进靶向递送至中枢神经系统病灶。（A）颅骨来源的中性粒细胞和脑实质中 CD45hi 细胞的门控策略。（B 和 C）代表性流式细胞术数据（左）和统计数据（右）显示了 LPS 处理组和假手术组小鼠脑内负载纳米颗粒的中性粒细胞（B）和 CD45hi 细胞（C）相对于 LPS 注射后 6 小时正常小胶质细胞的百分比。每组 n = 3 个生物学重复。（D 和 E）脑组织中中性粒细胞（B）和 CD45hi 细胞（C）相对于天然小胶质细胞的百分比统计数据。每组 n = 5 个生物学重复。（（F 和 G）代表性流式细胞术数据（左）和统计数据（右）显示了 LPS 处理小鼠和假手术小鼠在 LPS 注射 24 小时后脑组织中负载纳米颗粒的中性粒细胞（F）和 CD45hi 细胞（G）相对于天然小胶质细胞的百分比。每组 n = 5 个生物学重复。（H 和 I）中风发作 24 小时后 MCAO 小鼠同侧（左）和对侧（右）半脑的代表性 IF 图像显示 Gr1+ 细胞的靶向迁移和 NP 的靶向积累。（J 和 K）代表性流式细胞术数据（左）和统计数据（右）显示了对侧半脑和同侧半脑中载有纳米颗粒的中性粒细胞（J）和 CD45hi 细胞（K）相对于天然小胶质细胞的百分比。每组 n = 5 个生物学重复。（L） （H，左）中的放大图像显示了 Gr1+ 细胞和神经元之间的直接接触。（M）代表性的免疫荧光图像显示了原代小鼠神经元与负载纳米颗粒的中性粒细胞共培养 12 小时后，中性粒细胞介导的纳米颗粒向神经元的递送。白色三角形表示纳米颗粒和神经元的共染色区域。Data are mean ± SD. Unpaired t test. ∗p < 0.05 and ∗∗p < 0.01。数据以均值±标准差表示。非配对 t 检验。 ∗ p < 0.05 和 ∗∗ p < 0.01。

（4）治疗性颅骨髓系细胞缓解急性缺血性卒中

如图4A 所示，本研究构建了 MCAO 脑卒中模型，并系统设计了行为学训练、给药、长期 MRI 及组织学分析的完整时间流程。TTC 染色结果显示，与 IV-saline、IV-NA1 及 ICO-NA1 组相比，ICO-NA1 NPs 处理组的脑梗死体积与梗死核心体积均显著减小，体现出最优的急性期神经保护效果（图4B–F）；同时，ICO-NA1 NPs 可有效减轻脑水肿程度，抑制梗死灶体积扩张（图4G–H）。长期 MRI 成像直观显示，ICO-NA1 NPs 组在卒中后 3~28 天内的病灶体积增长显著受控，病灶范围明显小于其他对照组（图4D、H）；DTI-FA 成像进一步证实，ICO-NA1 NPs 可更好地维持脑白质完整性，减少缺血损伤导致的纤维束破坏（图4K）。生存曲线分析表明，ICO-NA1 NPs 组的动物生存率显著高于其他组，展现出良好的长期生存获益（图4L）。行为学测试结果显示，ICO-NA1 NPs 处理组的神经功能缺损评分显著降低，Rotarod 实验中的运动平衡能力、Morris 水迷宫中的学习记忆能力及新物体识别测试中的认知功能均得到显著改善，证实其可有效促进脑卒中后的长期神经功能修复（图4M–P）。

图4 治疗性颅骨髓系细胞缓解急性缺血性卒中。（A）治疗评价研究的时间安排。B 和 C）代表性的 TTC 染色切片（B）和卒中诱导后 24 小时梗死体积的统计数据（C）。每组 n = 21–23 个生物学重复。（D）卒中诱发后不同时间点的代表性 T2 加权图像。黄色虚线圆圈表示病灶区域。白色箭头表示丢失的脑组织。（E–G）卒中诱发后 3 天梗死体积（E）、梗死核心（F）和脑水肿（G）的统计数据。每组 n=11–13 个生物学重复。（H）中风诱发后脑容量变化。每组 n = 3–7 个生物学重复样本。（I 和 J）不同处理组小鼠脑卒中诱导后 35 天解剖脑组织的代表性图像（I）及其尼氏染色切片（J）。（J）中星号标记的空白区域代表根据对侧镜像复制而缺失的脑组织。比例尺，1 毫米。（K）卒中诱发后 28 天采集的 FA 图的代表性 DTI 轴位图像。黄色虚线表示胼胝体。（L）不同治疗方法下 MCAO 小鼠的生存曲线。（M 和 N）通过神经功能缺损评估（M）和转棒测试（N）评估感觉运动功能。每组 n = 14–16 个生物学重复。（O 和 P）通过 Morris 水迷宫测试（O）和物体识别测试（P）评估认知功能。每组 n = 6–11 个生物学重复。数据以均值±标准差（C、O[底部]和 P）、均值±标准误（H、M、N 和 O[顶部]）或中位数（最小值，最大值）（E–G）的形式呈现。 ∗ p < 0.05， ∗∗ p < 0.01， ∗∗∗ p < 0.001，采用单因素方差分析（ANOVA）结合 Tukey 事后检验（C）或 Dunnett 事后多重比较检验（E–G、O[底部]和 P），或采用双因素方差分析（ANOVA）结合Šídák 事后多重比较检验（H、M、N 和 O[顶部]）。

（5）ICO 药物给药在 mMCAI 患者中的临床可行性、安全性和探索性疗效

如图 5A 所示，本研究采用随机对照设计，将患者分为最佳药物治疗组（BMT，10 例）与 ICO 注射组（10 例），ICO 组在接受最佳药物治疗基础上，每日给予 32 μg/kg 的 Y-3 经颅骨注射给药，并在第 3 天、14 天及 90 天分别进行可行性、安全性及神经功能结局评估。图 5B 展示了 ICO 给药的完整手术流程，包括定位、颅骨暴露、钻孔、药物注射及骨孔封闭，全程耗时约 54 分钟，操作流程清晰可控。术中及影像学检查证实，注射位点准确，药物可安全递送至目标区域，无明显渗漏或组织损伤（图 5C–E）。神经功能评估显示，与 BMT 组相比，ICO 组在卒中后 14±2 天的 NIHSS 评分下降幅度更大，提示早期神经功能缺损得到更显著改善（图 5F）；90 天改良 Rankin 量表（mRS）评分分布结果表明，ICO 组中预后良好（mRS≤3）的患者比例达 60%，显著高于 BMT 组的 30%，初步证实 ICO 给药方案可有效改善脑卒中患者的长期功能结局（图 5G）。

图5 ICO 药物给药在 mMCAI 患者中的临床可行性、安全性和探索性疗效。（A）研究设计和治疗分配示意图。（B）ICO 方案的主要步骤和持续时间。注射器的头部锥体被三层泡沫敷料覆盖，如白色圆圈所示。C）颅骨手术区域上的钻孔（黑箭头）。（D）CT 图像显示颅骨上的钻孔（白色箭头）。钻孔仅穿透颅骨外层，未伤及内层。（E）颅骨 CT 扫描的三维重建显示钻孔（黑色箭头，ICO 组中的患者 7）。（F）14±2 天内 NIHSS 评分变化的中位数和四分位距。死亡病例的 14 天 NIHSS 评分采用末次观察结转法（LOCF）计算。每组 n=10 例患者。（G）患者症状出现后 90 ± 7 天的 mRS 评分。BMT，最佳药物治疗；ICO，颅骨内注射。