Проект зі створення системи ультразвукової доставки ліків розпочався у Стенфордському медичному університеті у 2018 році. Тоді наночастки складалися з полімерної оболонки, заповненої рідким ядром рідкісних хімічних сполук. Для їх виробництва був потрібний складний процес, їх доводилося зберігати при температурі -80 °C, і після розморожування вони ставали менш стабільними. До полімерної оболонки можна було включити лише невелику кількість препарату, який починав витікати при температурі тіла. Іншими словами, клінічна застосування цієї системи була досить низькою.
Тому дослідники перейшли на наночастинки з фосфоліпідною оболонкою, відомі як ліпосоми. Досвід їх застосування був накопичений під час пандемії коронавірусу, оскільки ті ж ліпосоми використовувалися у вакцинах для інкапсуляції мРНК. Ліки можна завантажувати в рідке ядро нових наночастинок, що складається переважно з води.
Однак наночастинки повинні були бути помітні, тобто мати акустичне опір, відмінне від їх безпосереднього оточення, щоб на них можна було впливати ультразвуком. Вчені протестували кілька варіантів та зупинилися на добавці з 5% сахарози. Вона забезпечує найкращий баланс між ультразвуковим відгуком та стабільністю при температурі тіла.
Механізм вивільнення ліків під дією ультразвуку поки що вченим не зрозумілий. Дослідники вважають, що ультразвук викликає коливання поверхні наночастинок щодо щільнішого ядра, створюючи пори, якими ліки вивільняється.
Потім дослідники протестували систему доставки препарату на щурах. Без застосування ультразвуку у щурів, яким вводили наночастинки, кількість кетаміну в органах виявилася меншою ніж удвічі меншою. "Ми досліджували мозок, печінку, нирки, селезінку, легені, серце і спинний мозок - і скрізь, де у нас була можливість його виявити, ми виявили менше кетаміну при використанні ліпосомальної форми", - сказав Рааг Айран, керівник проекту.
Коли вчені впливали ультразвуком на певну область мозку, наночастки доставляли туди приблизно втричі більше препарату, ніж інші частини мозку, що свідчить про цілеспрямоване вивільнення препарату. Хоча цільова область мозку отримувала лише приблизно на 30% більше кетаміну з наночастинок, ніж з вільного кетаміну, селективність цього збільшення істотно впливала на функцію мозку.
Якщо клінічні випробування покажуть, що система працює на людях, лікарі матимуть змогу ізолювати благотворні ефекти кетаміну — наприклад, у лікуванні депресії — і одночасно блокувати несприятливі побічні ефекти препарату.
Результати найбільшого дослідження 2023 довели ефективність кетаміну при резистентній депресії. До початку експерименту пацієнти безуспішно випробували всі доступні методи лікування. Через місяць після кетаміну кожен п'ятий учасник повністю позбавився депресії, а половина значно покращили свій стан.
