Наночастицы с сахаром помогут доставлять лекарства с меньшими побочными эффектами

Ультразвуковые наночастицы высвобождают лекарства преимущественно в целевых участках организма. Автор: Эмили Москал / Stanford Medicine

Проблема многих лекарств заключается в том, что они воздействуют не только на нужные области, вызывая нежелательные побочные эффекты. Психотропные препараты могут провоцировать диссоциацию, обезболивающие — тошноту, а химиотерапия часто повреждает здоровые клетки. Теперь команда исследователей из Stanford Medicine приблизилась к решению этой проблемы: они разработали неинвазивную систему, способную доставлять лекарства в любую точку тела с точностью до нескольких миллиметров.

Система использует наночастицы для инкапсуляции лекарств и ультразвук для их высвобождения в нужных местах.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Nanotechnology, ученые показали на крысах, что их новая система может доставлять кетамин в определенные участки мозга, а обезболивающие — к конкретным нервам в конечностях. Благодаря новой формуле наночастицы стали безопаснее, стабильнее и проще в производстве.

И ключевой ингредиент можно найти на любой кухне.

«Оказалось, что для работы системы нужна всего лишь небольшая порция сахара», — говорит Рааг Айран, доктор медицинских наук, доцент радиологии и ведущий автор исследования.

Исследователи обнаружили, что 5%-ный раствор сахарозы внутри наночастиц делает их достаточно стабильными в организме, но при этом чувствительными к ультразвуковой стимуляции. Это означает, что даже когда наночастицы попадают в кровоток и разносятся по телу, большая часть лекарства высвобождается только там, где это необходимо. Узкий пучок ультразвука, направленный извне, точно определяет цель и активирует высвобождение препарата.

Такая система может сделать множество лекарств безопаснее и эффективнее.

«Мы можем максимизировать терапевтический эффект и минимизировать побочные воздействия», — поясняет Айран.

Возвращение к чертежной доске

Идея ультразвуковой доставки лекарств занимала Айрана почти десятилетие. В 2018 году его команда опубликовала раннюю версию системы, которая могла доставлять пропофол (анестетик) в определенные участки мозга крыс.

Хотя та версия подтвердила принцип работы, исследователи быстро осознали ее недостатки.

Наночастицы состояли из полимерной оболочки, заполненной жидким ядром из редких химических соединений. Их производство было сложным, требовало хранения при -80°C, а после размораживания они становились менее стабильными. Лишь небольшое количество лекарства могло быть включено в полимерную оболочку, и оно начинало просачиваться при температуре тела.

«Клиническая применимость той системы была весьма ограниченной, — признает Айран. — Нам нужно было придумать что-то другое, поэтому мы вернулись к чертежной доске».

Ученые перешли к наночастицам с фосфолипидной оболочкой, известным как липосомы — те же структуры, которые использовались для инкапсуляции мРНК в вакцинах от COVID-19.

«Благодаря пандемии появилась целая инфраструктура для производства липосом, — отмечает Айран. — Теперь мы умеем делать это очень хорошо».

Сладкое открытие

Команда экспериментировала с добавлением различных веществ в жидкое ядро наночастиц — от полимеров до солей — чтобы изменить их реакцию на ультразвук.

Идея пришла Айрану во время готовки: «Что может сделать содержимое плотным и вязким? Ну, сахар может это сделать».

После тестирования разных типов и концентраций сахаров исследователи выяснили, что 5%-ный раствор сахарозы обеспечивает оптимальный баланс между чувствительностью к ультразвуку и стабильностью при температуре тела.

Точное попадание

В экспериментах на крысах ученые сравнили животных, получивших инъекцию свободного кетамина, с теми, кому вводили кетамин в наночастицах с сахарозой. Без применения ультразвука у второй группы концентрация кетамина в органах была вдвое ниже.

При направленном ультразвуковом воздействии на определенный участок мозга наночастицы доставляли в три раза больше препарата в эту область по сравнению с другими отделами мозга.

Исследователи также смогли снизить тревожное поведение у крыс, направляя кетамин в медиальную префронтальную кору — область, отвечающую за эмоциональные состояния. Кроме того, они продемонстрировали возможность локального обезболивания, воздействуя ультразвуком на седалищный нерв.

В ближайших планах команды — первые клинические испытания системы на людях с использованием кетамина для воздействия на эмоциональное восприятие хронической боли.

«Теперь система стала гораздо ближе к реальному применению», — заключает Айран.

Дополнительная информация: Acoustically activatable liposomes as a translational nanotechnology for site-targeted drug delivery and noninvasive neuromodulation, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-01990-5. www.nature.com/articles/s41565-025-01990-5

Источник: Stanford University Medical Center