Проект по созданию системы ультразвуковой доставки лекарств начался в Стэнфордском медицинском университете в 2018 году. Тогда наночастицы состояли из полимерной оболочки, заполненной жидким ядром из редких химических соединений. Для их производства требовался сложный процесс, их приходилось хранить при температуре -80 °C, и после размораживания они становились менее стабильными. В полимерную оболочку можно было включить лишь небольшое количество препарата, который начинал вытекать при температуре тела. Другими словами, клиническая применимость этой системы была довольно низкой.

Поэтому исследователи перешли на наночастицы с фосфолипидной оболочкой, известные как липосомы. Опыт их применения был накоплен за время пандемии коронавируса, поскольку те же липосомы использовались в вакцинах для инкапсуляции мРНК. Лекарство можно загружать в жидкое ядро новых наночастиц, состоящее в основном из воды.

Однако наночастицы должны были быть различимы, то есть иметь акустическое сопротивление, отличное от их непосредственного окружения, чтобы на них можно было воздействовать ультразвуком. Ученые протестировали несколько вариантов и остановились на добавке из 5% сахарозы. Она обеспечивает наилучший баланс между ультразвуковым откликом и стабильностью при температуре тела.

Механизм высвобождения лекарства под действием ультразвука пока ученым не ясен. Исследователи полагают, что ультразвук вызывает колебания поверхности наночастиц относительно более плотного ядра, создавая поры, через которые лекарство высвобождается.

Затем исследователи протестировали систему доставки препарата на крысах. Без применения ультразвука у крыс, которым вводили наночастицы, количество кетамина в органах оказалось менее чем вдвое меньше. «Мы исследовали мозг, печень, почки, селезенку, легкие, сердце и спинной мозг — и везде, где у нас была возможность его обнаружить, мы обнаружили меньше кетамина при использовании липосомальной формы», — сказал Рааг Айран, руководитель проекта.

Когда ученые воздействовали ультразвуком на определенную область мозга, наночастицы доставляли туда примерно в три раза больше препарата, чем в другие части мозга, что свидетельствует о целенаправленном высвобождении препарата. Хотя целевая область мозга получала всего лишь примерно на 30% больше кетамина из наночастиц, чем из свободного кетамина, селективность этого увеличения существенно влияла на функцию мозга.

Если клинические испытания покажут, что система работает на людях, врачи смогут изолировать благотворные эффекты кетамина — например, в лечении депрессии — и одновременно блокировать неблагоприятные побочные эффекты препарата.

Результаты крупнейшего исследования 2023 года доказали эффективность кетамина при резистентной депрессии. До начала эксперимента пациенты безуспешно испробовали все доступные сегодня методы лечения. Через месяц после кетамина каждый пятый участник полностью избавился от депрессии, а половина значительно улучшили свое состояние.