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RGD-functionalized cannabidiol lipid nanoparticles improve brain delivery and alleviate cognitive and metabolic dysfunction via gut-brain axis modulation in an Alzheimer's disease model - 19/07/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2026.119724 
Sarawut Lapmanee a, Natchayaporn Thonapan b, Siriwan Sriwong c, Sakkarin Bhubhanil d, Prapimpun Wongchitrat e, Natthawut Charoenphon f, Thitaphat Ngernsutivorakul g, Khemmaphat Hooncharoen h, Phichaporn Bunwatcharaphansakun h, Mattaka Khongkow h, Katawut Namdee h,
a Chulabhorn International College of Medicine, Thammasat University, Pathum Thani 10120, Thailand 
b Department of Radiological Technology, Faculty of Allied Health Sciences, Thammasat University, Pathum Thani 12120, Thailand 
c Laboratory Animal Center, Thammasat University, Pathum Thani 12120, Thailand 
d Faculty of Medicine, Siam University, Bangkok 10160, Thailand 
e Center for Research Innovation and Biomedical Informatics, Faculty of Medical Technology, Mahidol University, Nakhon Pathom 73170, Thailand 
f Department of Anatomy, Faculty of Medical Science, Naresuan University, Phitsanulok 65000, Thailand 
g Department of Chemistry, Faculty of Science, Kasetsart University, Bangkok 10903, Thailand 
h National Nanotechnology Centre, National Science and Technology Development Agency, Pathum Thani 12120, Thailand 

Correspondence to: National Nanotechnology Centre (NANOTEC), National Science and Technology Development Agency, 111 Thailand Science Park, Phahon yothin Rd, Klong Nueng Klong Luang, Pathum Thani 12120, Thailand. National Nanotechnology Centre (NANOTEC), National Science and Technology Development Agency 111 Thailand Science Park, Phahon yothin Rd, Klong Nueng Klong Luang Pathum Thani 12120 Thailand

Abstarct

Background

Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder characterized by cognitive decline and neuronal loss. Evidence links gut–brain axis dysfunction and metabolic disturbances to AD. Although cannabidiol (CBD) has neuroprotective effects, its use is limited by poor bioavailability and brain delivery.

Methods

Arginylglycylaspartic acid (RGD)-functionalized, CBD-loaded lipid nanoparticles (CBD/LNP-RGD) were developed to enhance targeted delivery across the blood–brain barrier (BBB) via integrin α v β 3 -mediated transcytosis. Cellular uptake and BBB permeability were evaluated in vitro . Anti-inflammatory and antioxidant effects were assessed in Aβ/LPS-induced models. In vivo efficacy was examined using cognitive-behavioral tests, including the novel object recognition and the Morris water maze. Metabolic parameters, histopathology, synaptic protein expression, and gut barrier integrity were also evaluated.

Results

CBD/LNP-RGD demonstrated a 3-fold increase in cellular uptake and a 65% enhancement in BBB transport compared to non-targeted formulations. Treatment significantly reduced pro-inflammatory cytokines (i.e., IL-6 and TNF-α, p   <  0.001) and intracellular reactive oxygen species ( p   <  0.001). In vivo , CBD/LNP-RGD improved cognitive performance comparable to Donepezil ( p   <  0.001). Additionally, it normalized glycemic control, insulin resistance, and triglyceride levels without hepatic or renal toxicity. At the tissue level, CBD/LNP-RGD reduced Aβ and tau pathology, restored short-chain fatty acids, preserved hippocampal neuronal integrity, and upregulated synaptophysin and PSD-95 proteins. Enhanced intestinal barrier function was evidenced by increased expression of tight junction proteins ZO-1 and occludin.

Conclusions

CBD/LNP-RGD represents a multifunctional nanotherapeutic platform that improves brain delivery and exerts neuroprotective, anti-inflammatory, antioxidant, and metabolic regulatory effects. Its ability to modulate both central pathology and the gut–brain axis highlights its potential as a disease-modifying strategy for Alzheimer’s disease.

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Graphical Abstract




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Highlights

CBD/LNP-RGD enhanced in vitro uptake, BBB transport, and in vivo brain delivery.
CBD/LNP-RGD attenuated oxidative stress in inflamed Alzheimer's disease models.
CBD/LNP-RGD improved cognition and metabolic balance in Alzheimer's disease rats.
CBD/LNP-RGD restored gut integrity and neuroplasticity in Alzheimer's disease rats.

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Keywords : Alzheimer’s disease, Blood–brain barrier, Cannabidiol, Memory, RGD targeting


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