Projekt opracowania ultradźwiękowego systemu dostarczania leków rozpoczął się w 2018 roku na Wydziale Medycznym Uniwersytetu Stanforda. Wówczas nanocząstki składały się z polimerowej powłoki wypełnionej płynnym rdzeniem z rzadkich związków chemicznych. Ich produkcja wymagała złożonego procesu, musiały być przechowywane w temperaturze -80°C, a po rozmrożeniu stawały się mniej stabilne. Polimerowa powłoka mogła pomieścić jedynie niewielką ilość leku, który zaczynał przeciekać w temperaturze ciała. Innymi słowy, kliniczne zastosowanie tego systemu było dość ograniczone.
Dlatego naukowcy przeszli na nanocząsteczki z otoczką fosfolipidową, znane jako liposomy. Doświadczenie w ich stosowaniu zostało zdobyte podczas pandemii koronawirusa, kiedy to te same liposomy były używane w szczepionkach do enkapsulacji mRNA. Lek można wprowadzić do płynnego rdzenia nowych nanocząsteczek, który składa się głównie z wody.
Nanocząstki musiały jednak być rozróżnialne, co oznaczało, że musiały mieć inną impedancję akustyczną niż ich bezpośrednie otoczenie, aby można je było stymulować ultradźwiękami. Naukowcy przetestowali kilka opcji i zdecydowali się na dodatek 5% sacharozy. Zapewniał on najlepszą równowagę między reakcją na ultradźwięki a stabilnością w temperaturze ciała.
Mechanizm uwalniania leku pod wpływem ultradźwięków pozostaje niejasny dla naukowców. Naukowcy uważają, że ultradźwięki powodują drgania powierzchni nanocząstek w kontakcie z gęstszym rdzeniem, tworząc pory, przez które uwalniany jest lek.
Następnie naukowcy przetestowali system dostarczania leku na szczurach. Bez ultradźwięków szczury, którym wstrzyknięto nanocząsteczki, wytwarzały w swoich narządach mniej niż połowę ilości ketaminy. „Zbadaliśmy mózg, wątrobę, nerki, śledzionę, płuca, serce i rdzeń kręgowy – i wszędzie tam, gdzie udało nam się ją wykryć, w przypadku formy liposomalnej stwierdziliśmy mniejszą ilość ketaminy” – powiedział Raag Airan, główny autor projektu.
Gdy naukowcy zastosowali ultradźwięki do określonego obszaru mózgu, nanocząsteczki dostarczyły tam około trzy razy więcej leku niż do innych części mózgu, co wskazuje na celowane uwalnianie leku. Chociaż docelowy obszar mózgu otrzymał jedynie około 30% więcej ketaminy z nanocząsteczek niż z wolnej ketaminy, selektywność tego wzrostu znacząco wpłynęła na funkcjonowanie mózgu.
Jeśli badania kliniczne wykażą skuteczność tego systemu u ludzi, lekarze będą mogli wyizolować korzystne efekty ketaminy — na przykład w leczeniu depresji — jednocześnie blokując niepożądane skutki uboczne leku.
Wyniki dużego badania z 2023 roku dowiodły skuteczności ketaminy w leczeniu depresji opornej na leczenie. Przed eksperymentem pacjenci bezskutecznie wypróbowywali wszystkie dostępne metody leczenia. Miesiąc po podaniu ketaminy co piąty uczestnik całkowicie wyzdrowiał z depresji, a u połowy nastąpiła znacząca poprawa stanu.
