Ультразвук может доставлять лекарства с меньшим количеством побочных эффектов

Проблема со многими наркотиками заключается в том, что они идут туда, где они не должны, создавая нежелательные побочные эффекты. Психиатрические препараты могут вызывать диссоциацию, обезболивающие могут вызвать тошноту, а химиотерапия часто повреждает здоровые клетки. Теперь команда исследователей из Стэнфорда медицины закрывается на новом решении: неинвазивной системе, которая может доставлять лекарства в любом месте тела с точностью до нескольких миллиметров.

Система использует наночастицы для инкапсуляции лекарств вместе с ультразвуком, чтобы выпустить лекарства в их предполагаемых направлениях.

В новом исследовании, опубликованном 18 августа в нанотехнологии природы, исследователи показывают на крысах, что последняя версия их системы может доставить кетамин в определенные области мозга и обезболивающих в определенные нервы в конечностях. Благодаря новой формулировке наночастицы безопаснее, стабильнее и легче производить.

И ключевой ингредиент можно найти на любой кухне.

«Оказывается, немного сахара – это все, что вам нужно, чтобы сделать эту работу», – сказал Рааг Айран, доктор медицинских наук, доктор философии, доцент кафедры радиологии и старший автор нового исследования.

Исследователи обнаружили, что 5% раствор сахарозы внутри наночастиц сделало их относительно стабильными в организме, но в то же время реагируя на ультразвуковую стимуляцию. Это означает, что даже когда наночастицы доставляются в кровоток и перемещаются по всему телу, большая часть препарата выпускается только там, где это необходимо. Узкий луч ультразвука, извне наносится, определяет цель, освобождая препарат.

Такая система может сделать широкий спектр лекарств более безопасными и эффективными.

«Мы можем максимизировать терапевтический эффект и свести к минимуму эффекты нецелевых»,-сказал Айран.

Четыре члена лаборатории Airan Share ведущее авторство исследования: ученые -исследовательские ученые Mahaveer Purohit, PhD и Yun Siang, PhD; аспирант Бренда Ю; и постдокторский ученый Канчан Синха Рой, доктор философии.

Ультразвуковая доставка наркотиков была в голове Airan в течение почти десятилетия. В 2018 году его команда опубликовала раннюю итерацию системы, которая смогла доставить пропофол, анестетик, определенным частям мозга крысы.

Хотя эта ранняя версия доказала принцип, исследователи вскоре осознали свои недостатки.

Наночастицы состояли из полимерной оболочки, заполненной жидким ядром необычных химических соединений. Они требовали сложного производственного процесса, должны были храниться при -80 ° C и были менее стабильными после оттаивания. Только небольшое количество препарата может быть включено в полимерную оболочку, и оно начнет просачиваться при температуре тела.

«Клиническая перевода этой системы была довольно ограниченной», – сказал Айран. «У нас была настоящая необходимость придумать что -то еще, поэтому мы вернулись к чертежной доске».

Они переключились на наночастицы с фосфолипидной оболочкой, известной как липосомы – те же структуры, которые использовались для инкапсуляции мРНК в вакцинах Covid -19.

«Существует целая инфраструктура для изготовления липосом в качестве побочного продукта пандемии», – сказал Айран. «Мы знаем, как сделать это сейчас очень хорошо».

Препарат может быть загружен в жидкое ядро новых наночастиц, которые содержат в основном воду.

Но наночастицы должны были быть различны с помощью ультразвука, что означает, что они должны были иметь другой акустический импеданс от своего непосредственного окружения. Акустический импеданс описывает, как легко звучат волны, проходят через материал и в значительной степени зависит от плотности.

«До тех пор, пока существует разница в акустическом импедансе частицы по сравнению со средой, то вы получите физическое взаимодействие с ультразвуком», – сказал Айран.

Команда попыталась добавить различные общие вещества в жидкое ядро, от полимеров до солей – что бы они ни имели на полке – чтобы модулировать его реакцию на ультразвук.

Последнее решение пришло в Айран, когда он готовил. “Что может сделать вещи плотными и вязкими?” Он подумал. «Ну, сахар мог бы сделать это».

После тестирования различных типов и концентраций сахаров исследователи обнаружили, что 5% сахароза, добавленная к жидкому ядру, достигла наилучшего баланса ультразвукового ответа и стабильности при температуре тела. Больше сахара может сделать наночастицы еще более чувствительными к ультразвуку, но это также увеличило утечку лекарственного средства без ультразвука.

Механизм того, как ультразвук вызывает выброс лекарственного средства, до сих пор неясен. Исследователи считают, что ультразвук колеблется поверхность наночастиц против более плотного ядра, создавая поры, которые высвобождают препарат.

Затем исследователи протестировали систему доставки лекарств у крыс, сравнивая животных, которым была предоставлена инъекция свободного, некапсулированного кетамина, с теми, которые получали кетамин, инкапсулированные в наночастицах с 5% сахарозой. Без какого -либо применения ультразвука у крыс, получавших наночастицы, имели менее половины количества кетамина в каждом органе, который испытали исследователи.

«Мы посмотрели на мозг, печень, почку, селезенку, легкие, сердце и спинной мозг – и везде, где у нас была достаточная способность обнаружить его, мы видели меньше кетамина с липосомной формулировкой», – сказал Айран.

Когда исследователи применили ультразвуковое исследование в определенную область мозга, наночастицы доставляли в этот регион около в три раза больше препарата, чем для других частей их мозга – демонстрируя целенаправленное высвобождение лекарственного средства.

Хотя целевая область мозга получала только примерно на 30% больше кетамина от наночастиц, чем от свободного кетамина, селективность увеличения показала значительную разницу в функции мозга.

«Дело не только в том, что мы получаем эффект на целевой.

Исследователи обнаружили, что они могут снизить тревожное поведение у крыс, нацеливаясь на высвобождение кетамина на их медиальную префронтальную кору, область мозга, которая контролирует эмоциональные состояния. Крысы, которые получали целевое лечение, потратили больше времени, бродив по центру коробки – признак меньшего стресса – по сравнению с аналогами, которые получали свободный кетамин или солевой контроль.

Если система работает у людей, клиницисты могут изолировать эмоциональные эффекты кетамина – например, для лечения депрессии – при этом блокируя диссоциативные эффекты препарата.

Исследователи также продемонстрировали, что они могут блокировать боль в определенной части тела, нацеливаясь на местный анестетик Ropivacaine, на определенное нерв. Когда исследователи давали крысам ропивакаин, инкапсулированные в наночастицы и применяли ультразвук к седалищному нерву в одной ноге, эта нога оцепенела для укола. 2,5-минутный ультразвуковой сеанс вызвал локальную анестезию в течение не менее часа.

Такая процедура будет иметь еще одно преимущество для пациентов с болью. Как правило, местные анестетики требуют инъекции в источнике боли, что может добавить к дискомфорту пациента. С новой системой препарат может быть введен в другом месте, поскольку ультразвук не инвазивно применяется на месте боли.

В ожидании зеленого света Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и лекарств США, команда Airan планирует первое человеческое исследование системы доставки ультразвуковых лекарств, в которой будет использоваться кетамин для нацеливания эмоционального опыта пациента хронической боли.

Несколько лет назад, когда Айран обратился к фармацевтическим компаниям о создании более ранней версии наночастиц, звонки закончится, когда они услышали о экзотических ингредиентах. На этот раз крошечная ложка сахара сделала поле более вкусной. «Это в высшей степени переводится», – сказал он.

Исследование получило финансирование от Национальных институтов здравоохранения (гранты RF114252, UG3NS114438 и UG3NS115637), Стэнфордский институт нейронаузинтов Стэнфорда, Фонд Форд и Фонд Национального науки.

Prohit Mp, Y BJ, Roy KS, Xiang Y, Ewbank SN, Azadian MM, Hart AR, The Martinez, Martinez PJ, Wang JB, Wang JB, Taoube AK, Markarian N, Mackto N, Mackdo N, Lopez DG, Airan Rd.
Акустически активируемые липосомы как трансляционные нанотехнологии для нацеленной на участки доставки лекарств и неинвазивной нейромодуляции.
Nat Nanotechnol. 2025 18 августа. Дои: 10.1038/s41565-025-01990-5