Ultradźwięki mogą dostarczać leki przy mniejszych skutkach ubocznych

Dzięki aktywowaniu przenoszących leki nanocząsteczek poprzez ultradźwięki udało się precyzyjnie dostarczyć ketaminę i środki znieczulające do organizmów szczurów – informuje pismo „Nature Nanotechnology”.

Niepożądane skutki uboczne to problem dotyczący wielu leków, które trafiają nie do tych tkanek i narządów, do których trafić powinny. Na przykład leki psychiatryczne mogą powodować zaburzenia dysocjacyjne, środki przeciwbólowe – wywoływać nudności, a chemioterapia często uszkadza zdrowe komórki.

Zespół naukowców ze Stanford Medicine (USA) jest bliski opracowania nieinwazyjnego systemu, który mógłby dostarczać leki w dowolne miejsce w organizmie z precyzją do kilku milimetrów. Metoda wykorzystuje nanocząsteczki jako „kapsułki” na leki oraz ultradźwięki, które pozwalają uwolnić leki w miejscu docelowym. Na razie badania przeprowadzono na szczurach, a aktywowane ultradźwiękami nanocząsteczki zostały wykorzystane do dostarczania ketaminy i środków znieczulających w ściśle określone miejsca – ketaminę do konkretnych obszarów mózgu, a środki przeciwbólowe do konkretnych nerwów w kończynach.

Dzięki wykorzystaniu zwykłego cukru (sacharozy) nanocząsteczki są bezpieczniejsze, bardziej stabilne i łatwiejsze w produkcji. 5 proc. roztwór sacharozy wewnątrz nanocząsteczek sprawił, że były one stosunkowo stabilne, a jednocześnie reagowały na ultradźwięki. Oznacza to, że nawet gdy nanocząsteczki są dostarczane do krwiobiegu i przemieszczają się po całym organizmie, większość leku jest uwalniana tylko tam, gdzie jest potrzebna. Wąska wiązka ultradźwięków, aplikowana zewnętrznie, precyzyjnie lokalizuje cel, uwalniając lek.

– Wystarczy odrobina cukru, aby to zadziałało – powiedział dr n. med. Raag Airan, adiunkt radiologii i główny autor badania. – Możemy zmaksymalizować efekt terapeutyczny i zminimalizować skutki uboczne.

Airan zajmuje się podawaniem leków za pomocą ultradźwięków od lat. W 2018 roku jego zespół opublikował wczesną wersję systemu, która była w stanie dostarczyć propofol, środek znieczulający, do określonych części mózgu szczura. Jednak wczesna wersja miała istotne wady. Nanocząsteczki składały się z polimerowej powłoki i płynnego rdzenia z nietypowych związków chemicznych. Wymagały złożonego procesu produkcyjnego, musiały być przechowywane w temperaturze -80 st.C i były mniej stabilne po rozmrożeniu. Tylko niewielka ilość leku mogła zostać wchłonięta przez powłokę polimerową i zaczynała się ona wydzielać w temperaturze ciała.

– Kliniczna przydatność tego systemu była dość ograniczona – powiedział Airan. – Mieliśmy realną potrzebę stworzenia czegoś innego, więc wróciliśmy do deski kreślarskiej. Kolejna wersją były nanocząstki z powłoką fosfolipidową, znane jako liposomy – to te same struktury, które służą do enkapsulacji mRNA w szczepionkach przeciwko COVID-19.

– Istnieje cała infrastruktura do wytwarzania liposomów jako produkt uboczny pandemii – powiedział Airan. – Teraz wiemy, jak je bardzo dobrze wytwarzać.

Lek można było wprowadzić do płynnego rdzenia nowych nanocząstek, który zawiera głównie wodę.

Jednak nanocząstki musiały być rozróżnialne za pomocą ultradźwięków, co oznaczało, że musiały mieć inną impedancję akustyczną niż ich bezpośrednie otoczenie. Impedancja akustyczna opisuje, jak łatwo fale dźwiękowe przemieszczają się przez materiał i w dużej mierze zależy od gęstości.

– Dopóki istnieje różnica impedancji akustycznej cząstki w porównaniu z ośrodkiem, występuje fizyczna interakcja z ultradźwiękami – powiedział Airan.

Zespół próbował dodać do płynnego rdzenia różne powszechnie występujące substancje, od polimerów po sole aby modulować jego reakcję na ultradźwięki. Ostateczne rozwiązanie przyszło Airanowi do głowy podczas gotowania. – Co może sprawić, że rzeczy staną się gęste i lepkie? – pomyślał. – Cóż, cukier mógłby to zrobić.

Po przetestowaniu różnych rodzajów i stężeń cukrów, naukowcy odkryli, że 5 proc., sacharozy dodanej do płynnego rdzenia zapewnia najlepszą równowagę między reakcją na ultradźwięki a stabilnością w temperaturze ciała.

Mechanizm uwalniania leku przez ultradźwięki jest nadal niejasny. Naukowcy uważają, że ultradźwięki powodują oscylacje na powierzchni nanocząstek w kierunku gęstszego rdzenia, tworząc pory, które uwalniają lek.

Następnie przetestowano system dostarczania leku na szczurach, porównując zwierzęta, którym podano wstrzyknięcie wolnej ketaminy z tymi, którym podano ketaminę zamkniętą w nanocząstkach z 5 proc. sacharozą. Bez zastosowania ultradźwięków szczury, które otrzymały nanocząsteczki miały mniej niż połowę ilości ketaminy w każdym badanym narządzie.

– Przyjrzeliśmy się mózgowi, wątrobie, nerkom, śledzionie, płucom, sercu i rdzeniowi kręgowemu – wszędzie tam, gdzie mieliśmy wystarczającą możliwość wykrycia, zaobserwowaliśmy mniejszą ilość ketaminy w przypadku preparatu liposomalnego – powiedział Airan.

Kiedy naukowcy zastosowali ultradźwięki do określonego obszaru mózgu, nanocząsteczki dostarczyły do niego trzy razy więcej leku niż do innych części mózgu. Chociaż docelowy obszar mózgu otrzymał tylko o około 30 proc. więcej ketaminy z nanocząsteczek niż z wolnej ketaminy, selektywność tego wzrostu znacząco wpłynęła na funkcjonowanie mózgu.

Udało się zmniejszyć zachowania lękowe u szczurów, kierując uwalnianie ketaminy do ich przyśrodkowej kory przedczołowej, obszaru mózgu kontrolującego stany emocjonalne. Szczury, które otrzymały ukierunkowane leczenie, spędzały więcej czasu w środkowej części klatki – co jest oznaką mniejszego stresu – w porównaniu z osobnikami, które otrzymały wolną ketaminę lub grupą kontrolną, która dostała roztwór soli fizjologicznej.

Jeśli system zadziała u ludzi, lekarze będą mogli wykorzystać oddziaływanie ketaminy na emocje – na przykład w leczeniu depresji – jednocześnie blokując dysocjacyjne działanie leku.

Udało się również zablokować ból w określonej części ciała, kierując miejscowo znieczulającą ropiwakainę na określony nerw. Kiedy podano szczurom ropiwakainę w nanocząsteczkach i zastosowano ultradźwięki na nerw kulszowy w jednej nodze, noga ta stawała się nieczuła na ukłucia. 2,5-minutowa sesja ultradźwiękowa wywołała miejscowe znieczulenie na co najmniej godzinę.

Taka procedura miałaby jeszcze jedną zaletę dla pacjentów odczuwających ból. Zazwyczaj środki znieczulające miejscowo wymagają wstrzyknięcia w źródło bólu, co może nasilać dyskomfort pacjenta. Dzięki nowemu systemowi lek można wstrzyknąć w inne miejsce, ponieważ ultradźwięki są aplikowane nieinwazyjnie w miejscu bólu.

Czekając na aprobatę Amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków (FDA), zespół Airana planuje pierwsze badanie kliniczne z udziałem ludzi – chodzi o podawanie ketaminy w celu wpływania na stan emocjonalny pacjenta z przewlekłym bólem.

Przeczytaj także: Nanocząsteczki mogą posłużyć w profilaktyce reumatoidalnego zapalenia stawów

Źródło: naukawpolsce.pap.pl

Last Updated on 22 sierpnia, 2025 by Krzysztof Kotlarski