Projekt stworzenia ultradźwiękowego systemu dostarczania leków rozpoczął się na Uniwersytecie Medycznym Stanforda w 2018 roku. 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. Możliwe było umieszczenie w polimerowej powłoce jedynie niewielkiej ilości leku, który zaczął wypływać w temperaturze ciała. Innymi słowy, kliniczna przydatność tego systemu była dość niska.
Dlatego naukowcy przeszli na nanocząsteczki z otoczką fosfolipidową, znane jako liposomy. Doświadczenie w ich stosowaniu zostało zgromadzone podczas pandemii koronawirusa, ponieważ te same liposomy były używane w szczepionkach do enkapsulacji mRNA. Lek można wprowadzić do płynnego rdzenia nowych nanocząsteczek, składającego się głównie z wody.
Nanocząstki musiały jednak charakteryzować się rozróżnialnością, czyli mieć inną oporność akustyczną niż ich bezpośrednie otoczenie, aby mogły być podatne na działanie ultradźwięków. Naukowcy przetestowali kilka opcji i zdecydowali się na dodatek 5% sacharozy. Zapewnia on najlepszą równowagę między reakcją na ultradźwięki a stabilnością w temperaturze ciała.
Mechanizm uwalniania leku pod wpływem ultradźwięków wciąż nie jest jasny dla naukowców. Naukowcy uważają, że ultradźwięki powodują drgania powierzchni nanocząstek względem gęstszego rdzenia, tworząc pory, przez które uwalniany jest lek.
Następnie naukowcy przetestowali system dostarczania leku na szczurach. Bez użycia ultradźwięków u szczurów, którym wstrzyknięto nanocząsteczki, ilość ketaminy w narządach okazała się mniejsza niż połowa. „Zbadaliśmy mózg, wątrobę, nerki, śledzionę, płuca, serce i rdzeń kręgowy – i wszędzie tam, gdzie mieliśmy możliwość jej wykrycia, stwierdziliśmy mniejszą ilość ketaminy przy użyciu formy liposomalnej” – powiedział Raag Ayran, kierownik 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, że system ten działa u ludzi, lekarze będą mogli wyizolować korzystne efekty ketaminy — na przykład w leczeniu depresji — i jednocześnie zablokować niepożądane skutki uboczne leku.
Wyniki największego badania przeprowadzonego w 2023 roku potwierdziły skuteczność ketaminy w leczeniu depresji opornej na leczenie. Przed rozpoczęciem eksperymentu pacjenci bezskutecznie wypróbowywali wszystkie dostępne obecnie metody leczenia. Miesiąc po podaniu ketaminy co piąty uczestnik całkowicie pozbył się depresji, a połowa odnotowała znaczną poprawę stanu.
