超音波は、副作用が少ない薬物を供給することができます

多くの薬物の問題は、彼らがすべきでない場所に行くことであり、望ましくない副作用を生み出すことです。精神薬は解離を引き起こす可能性があり、鎮痛剤は吐き気を誘発し、化学療法はしばしば健康な細胞に損傷を与える可能性があります。現在、スタンフォード医学の研究者のチームは、新しいソリューションに閉じ込められています。これは、数ミリメートルまで正確に体内のどこにでも薬を供給できる非侵襲的システムです。

このシステムは、ナノ粒子を使用して超音波とともに薬物をカプセル化して、意図した目的地で薬物を解き放ちます。

Nature Nanotechnologyで8月18日に発行された新しい研究では、研究者はラットで、彼らのシステムの最新バージョンが脳の特定の領域にケタミンを供給し、手足の特定の神経に鎮痛剤を供給できることを示しています。新しい製剤のおかげで、ナノ粒子はより安全で安定しており、生産しやすいです。

そして、重要な成分はどのキッチンでも見つけることができます。

「この作業をするために必要なのは、ほんの少しだけ砂糖が必要です」と、放射線科の助教授であり、新しい研究の上級著者であるRaag Airan医師博士は言いました。

研究者たちは、ナノ粒子内の5％のスクロース溶液が体内で比較的安定しているが、超音波刺激に反応することを発見した。つまり、ナノ粒子が血流に供給されて体全体を移動する場合でも、ほとんどの薬は必要な場合にのみ放出されます。外部から適用された超音波の狭いビームは、ターゲットを特定し、薬物を放出します。

このようなシステムは、幅広い薬物をより安全で効果的にする可能性があります。

「治療効果を最大化し、オフターゲット効果を最小限に抑えることができます」とエアンは言いました。

Airan’s Labの4人のメンバーは、この研究の主要な著者を共有しています。大学院生ブレンダユ。ポスドク学者のカンチャン・シンハ・ロイ博士。

超音波薬物送達は、10年近くエアランの心にありました。 2018年、彼のチームは、ラット脳の特定の部分に麻酔薬であるプロポフォールを届けることができたシステムの早期イテレーションを発表しました。

その初期バージョンは原則を証明しましたが、研究者はすぐにその欠点を実現しました。

ナノ粒子は、珍しい化合物の液体コアで満たされたポリマーシェルで構成されていました。彼らは複雑な生産プロセスを必要とし、-80°Cで保管する必要があり、解凍後は安定性が低かった。少量の薬物のみをポリマーシェルに組み込むことができ、体温で染み出し始めます。

「そのシステムの臨床的翻訳性はかなり限られていた」とアイアンは言った。 「私たちは何か他のものを思い付く必要があるので、図面に戻りました。」

彼らは、リポソームとして知られるリン脂質シェルを使用してナノ粒子に切り替えました。これは、Covid -19ワクチンのmRNAをカプセル化するために使用されるのと同じ構造です。

「リポソームをパンデミックの副産物として作るためのインフラストラクチャ全体があります」とアイアンは言いました。 「私たちは今、このようなものをうまく作る方法を知っています。」

この薬は、主に水を含む新しいナノ粒子の液体コアにロードできます。

しかし、ナノ粒子は超音波によって区別できるものでなければなりませんでした。つまり、彼らは彼らの直接の周囲とは異なる音響インピーダンスを持たなければならなかったことを意味します。音響インピーダンスは、音波が材料を通り抜けることができる方法を説明し、密度に大きく依存します。

「培地と比較して粒子の音響インピーダンスの違いがある限り、超音波との物理的な相互作用が得られます」とアイランは言いました。

チームは、超音波に対する反応を調節するために、ポリマーから塩（棚にあったもの）まで、液体コアにさまざまな一般的な物質を追加しようとしました。

最後の解決策は、彼が料理をしている間にアイアンに来ました。 「物事を密集して粘性のあるものにすることができるものは何ですか？」彼は思った。 「まあ、砂糖はそれをすることができます。」

さまざまなタイプと濃度の糖をテストした後、研究者は、液体コアに5％のショ糖が体温での超音波応答と安定性の最高のバランスを達成することを発見しました。より多くの砂糖は、ナノ粒子を超音波に対してさらに反応させる可能性がありますが、超音波なしで薬物漏れも増加しました。

超音波が薬物放出を引き起こす方法のメカニズムはまだ不明です。研究者は、超音波がナノ粒子の表面をより密度の高いコアに対して振動させ、薬物を放出する細孔を作ると考えています。

その後、研究者はラットの薬物送達システムをテストし、5％スクロースでナノ粒子にカプセル化されたケタミンを投与されたものと遊離、カプセル化されていないケタミンの注射を与えられた動物を比較しました。超音波の適用がなければ、ナノ粒子を受け取ったラットは、研究者がテストしたすべての臓器のケタミンの量の半分未満でした。

「私たちは脳、肝臓、腎臓、脾臓、肺、心臓、脊髄を見ました。そして、それを検出するのに十分な能力があれば、リポソーム製剤でケタミンが少なくなりました」とエアランは言いました。

研究者が特定の脳領域に超音波を適用すると、ナノ粒子は脳の他の部分の約3倍の薬物をその領域に送達し、標的薬の放出を示しました。

標的を絞った脳領域は、遊離ケタミンよりもナノ粒子から約30％多くのケタミンしか受け取っていませんが、増加の選択性は脳機能に大きな違いをもたらしました。

「私たちがターゲット上の効果を得ているだけではありません。脳のその部分にどれだけ配達しているかに基づいて、あなたが期待するものよりも多くのことを得ています」とエアランは言いました。

研究者たちは、感情状態を制御する脳領域である内側前頭前野領域にケタミン放出を標的とすることにより、ラットの不安行動を減らすことができることを発見しました。標的治療を受けたネズミは、無料のケタミンまたは生理食塩水を受けたカウンターパートと比較して、より多くの時間を箱の中心（ストレスの少ない兆候）にローミングするのにより多くの時間を費やしました。

システムが人間で機能する場合、臨床医は、薬物の解離効果をブロックしながら、ケタミンの感情的影響を隔離することができるかもしれません – うつ病を治療するために – うつ病を治療することができます。

研究者はまた、局所麻酔薬であるロピバカインを特定の神経に標的とすることにより、身体の特定の部分の痛みを妨げる可能性があることを実証しました。研究者がラットにナノ粒子にカプセル化され、片方の脚の坐骨神経に超音波をかけたロピバカインを与えたとき、その脚は刺すように麻痺します。 2.5分間の超音波セッションにより、少なくとも1時間は局所麻酔が誘発されました。

このような手順には、痛みのある患者に別の利点があります。通常、局所麻酔薬は痛みの原因に注射する必要があり、患者の不快感を増す可能性があります。新しいシステムを使用すると、痛みの部位で超音波が非侵襲的に適用されるため、薬物を他の場所に注入できます。

米国食品医薬品局によるグリーンライトが保留されているため、エイランのチームは、ケタミンを使用して患者の慢性疼痛の感情的な経験を標的とする超音波薬物送達システムの最初の人間の試験を計画しています。

数年前、エイランがナノ粒子の以前のバージョンの生産について製薬会社にアプローチしたとき、エキゾチックな成分について聞いたとき、呼び出しは終了します。今回は、小さなスプーン一杯の砂糖がピッチをより魅力的にしました。 「それは非常に翻訳可能です」と彼は言いました。

この研究は、国立衛生研究所（GRANTS RF1MH114252、UG3NS114438およびUG3NS115637）から資金を受け取りました。

Prohit MP、Y BJ、Roy KS、Xiang Y、Ewbank SN、Azadian MM、Hart AR、The Martinez、Martinez PJ、Wang JB、Wang JB、Taoube AK、The Markarian N、Mackto N、Mackdo N、Lopez DG、Airan Rd。
部位標的薬物送達および非侵襲的神経調節のための翻訳ナノテクノロジーとしての音響的に活性化可能なリポソーム。
Nat Nanotechnol。 2025年8月18日。doi： 10.1038/s41565-025-01990-5