البناء النانوي للمضادات الحيوية بالموجات فوق الصوتية

يمكن لإنتاج المضادات الحيوية بمساعدة الموجات فوق الصوتية أن يزيد فعاليتها، حتى ضد البكتيريا المقاومة للأدوية: إن تزايد عدد سلالات البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية مشكلة لا تزال دون حل، مما يجعل العدوى البكتيرية، التي عولجت بنجاح بالمضادات الحيوية خلال العقود الماضية، تهديدًا صحيًا عالميًا من جديد. ويُعد البناء النانوي للمضادات الحيوية بالموجات فوق الصوتية تقنية واعدة لزيادة فعالية المضادات الحيوية مثل التتراسيكلين ضد البكتيريا المقاومة للأدوية.

المضادات الحيوية والبكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية

تحدث مقاومة المضادات الحيوية عندما تطوّر الجراثيم، مثل البكتيريا والفطريات، القدرة على التغلب على الأدوية المصممة لقتلها. وهذا يعني أن الجراثيم لا تُقتل وتستمر في النمو. ويصعب علاج العدوى التي تسببها الجراثيم المقاومة للمضادات الحيوية، وقد يستحيل علاجها أحيانًا.
تُعزى مقاومة البكتيريا للمضادات الحيوية إلى الإفراط في استخدام المضادات الحيوية وسوء استخدامها. ويشير الإفراط في الاستخدام وسوء الاستخدام أساسًا إلى الوصفات الطبية غير الملائمة والاستخدام الزراعي الواسع النطاق.
بالنسبة إلى المضادات الحيوية الشائعة مثل penicilin والتتراسيكلين والميثيسيلين والإريثروميسين والجنتاميسين والفانكوميسين وimipemen والسيفتازيديم والليفوفلوكساسين واللينيزوليد والدابتوميسين وceftraroline، طرأت طفرات على بعض سلالات البكتيريا وطوّرت مقاومة للمضادات الحيوية.
يكمن السبب الرئيسي لظهور البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية في الإفراط في استخدام المضادات الحيوية وسوء استخدامها. ففي كل مرة يُعطى فيها المريض مضادات حيوية، تُقتل البكتيريا الحساسة. ولكن إذا وُجدت بكتيريا مقاومة لا يقضي عليها العلاج الدوائي، فإنها تنمو وتتكاثر. وبذلك يؤدي الاستخدام المتكرر وغير الملائم للمضادات الحيوية إلى زيادة البكتيريا المقاومة للأدوية.
تمثل البكتيريا المقاومة لأدوية متعددة (MDR) تهديدًا صحيًا خطيرًا، لأنها لا تستجيب للعلاج المعتاد بالمضادات الحيوية الذي يُفترض أن يقتل الجراثيم.
من بين مسببات الأمراض موجبة الغرام، تمثل حاليًا جائحة عالمية من S. aureus المقاومة (مثل Staphylococcus aureus المقاومة للميثيسيلين؛ MRSA) وأنواع Enterococcus التهديد الأكبر. وأصبحت مسببات الأمراض سالبة الغرام مثل Enterobacteriaceae (مثل Klebsiella pneumoniae) وPseudomonas aeruginosa وAcinetobacter مقاومة لجميع خيارات المضادات الحيوية المتاحة تقريبًا.

مضادات حيوية ذات أبعاد نانوية باستخدام الموجات فوق الصوتية

من المعروف أن المستحضرات الصيدلانية ذات الأبعاد النانوية تتفوق على جزيئات الأدوية ذات الأبعاد الميكرونية، وغالبًا ما يرجع ذلك إلى زيادة معدلات الامتصاص وارتفاع التوافر الحيوي وزيادة الفعالية. وتُستخدم المضادات الحيوية على نطاق واسع لعلاج العدوى البكتيرية. ولكن التطور السريع لأعداد متزايدة من سلالات البكتيريا المقاومة للأدوية يجعل تطوير مضادات حيوية جديدة أو تعديل المضادات الحيوية الحالية أمرًا ضروريًا. ويُعد تقليل حجم جسيمات المضادات الحيوية مثل التتراسيكلين عن طريق المعالجة بالموجات فوق الصوتية استراتيجية سهلة وسريعة وواعدة لتحسين فعالية المضادات الحيوية ضد سلالات البكتيريا غير المقاومة والمقاومة.
اقرأ المزيد عن المعلّقات النانوية للمواد الصيدلانية الفعالة (APIs) المحضّرة بالموجات فوق الصوتية!

التتراسيكلين ذو البنية النانوية المحضّر بالموجات فوق الصوتية

عالج Kassirov وآخرون (2018) التتراسيكلين بالموجات فوق الصوتية لتحسين فعالية الدواء ضد مسببات الأمراض. واستخدموا في دراستهم Escherichia coli Nova Blue TcR، وهي سلالة مقاومة للمضادات الحيوية، وE. coli 292–116 (دون مقاومة للأدوية). وعُدّل التتراسيكلين، وهو مضاد حيوي شائع واسع الطيف، باستخدام جهاز معالجة صناعي بالموجات فوق الصوتية UIP1000hdT (Hielscher، ألمانيا؛ انظر الصورة على اليسار). ووجد فريق البحث أن المعالجة السونوكيميائية باستخدام UIP1000hdT تزيد فعالية الخصائص المضادة للبكتيريا بنسبة تصل إلى 25% ضد السلالة المقاومة وبنسبة تصل إلى 100% ضد السلالة الحساسة. وحتى التخزين طويل الأمد للتتراسيكلين ذي البنية النانوية عند +4ºC لا يقلل خصائصه المضادة للميكروبات.
حُدّدت معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية، مثل السعة والطاقة المدخلة ومدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية، باعتبارها عوامل حاسمة تؤثر في تغير الخصائص المضادة للميكروبات ضد الخلايا الحساسة والمقاومة على حد سواء.
تؤدي المعالجة بالموجات فوق الصوتية إلى توزيع أكثر تجانسًا لأحجام جسيمات الدواء ذات الأبعاد النانوية، مما قد يؤدي إلى زيادة التوافر الحيوي والإتاحة الحيوية، وبالتالي زيادة فعالية جزيئات التتراسيكلين.
تُظهر البيانات التي تم الحصول عليها أن التعديل السونوكيميائي للمضادات الحيوية قد يكون نهجًا جديدًا وواعدًا ومنخفض التكلفة لتطوير أدوية جديدة فعالة للعلاج بالمضادات الحيوية ضد السلالات المقاومة للأدوية.

المعالجة بالموجات فوق الصوتية للتتراسيكلين باستخدام UIP1000hdT.
A – أطياف FTIR للتتراسيكلين «الحر»؛ B – أطياف FTIR للتتراسيكلين SN بعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 5 min؛ C – المدرج التكراري لتوزيع أحجام التتراسيكلين «الحر»؛ D – المدرج التكراري لتوزيع أحجام التتراسيكلين SN بعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 5 min.
الدراسة والشكل من إعداد Kassirov وآخرين، 2018.

مزايا الأدوية ذات البنية النانوية المحضّرة بالموجات فوق الصوتية

توفر المعالجة بالموجات فوق الصوتية إمكانات هائلة لتخليق طيف واسع من المواد ذات البنية النانوية، وتُستخدم في العديد من الصناعات. ويُعد إنتاج المستحضرات الصيدلانية ذات الأبعاد النانوية، مثل المضادات الحيوية ومضادات الفيروسات والأدوية الأخرى، بالموجات فوق الصوتية واعدًا للغاية، إذ تُظهر هذه الأدوية ذات الأبعاد النانوية غالبًا ارتفاعًا ملحوظًا في معدل الامتصاص والتوافر الحيوي والفعالية. لذلك تتضمن العديد من التركيبات الدوائية المحسّنة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لإكساب جزيئات الدواء بنية نانوية وتغليف الأدوية داخل مستحلبات نانوية وليبوسومات نانوية ونيوسومات وجسيمات نانوية دهنية صلبة (SLNs) وحوامل دهنية ذات بنية نانوية (NLCs) ومعقّدات تضمين أخرى ذات أبعاد نانوية.

تُستخدم أيضًا المعالجة بالموجات فوق الصوتية للمواد النانوية ذات الخصائص المضادة للبكتيريا لتخليق مواد ذات بنية نانوية (مثل الفضة النانوية وZnO النانوي) وتطبيقها على المنسوجات لتصنيع منسوجات طبية مضادة للبكتيريا وأقمشة وظيفية أخرى. فعلى سبيل المثال، تُستخدم عملية بالموجات فوق الصوتية من خطوة واحدة لتصنيع طلاءات متينة للأقمشة القطنية باستخدام جسيمات ZnO النانوية المضادة للبكتيريا.

كيف يعمل تخليق المواد ذات البنية النانوية بالموجات فوق الصوتية؟

تُستخدم المعالجة بالموجات فوق الصوتية والسونوكيمياء، التي تعني تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية القدرة على الأنظمة الكيميائية، على نطاق واسع لإنتاج مواد عالية الجودة ذات أبعاد نانوية (مثل الجسيمات النانوية والمستحلبات النانوية). وتتيح المعالجة بالموجات فوق الصوتية والسونوكيمياء إنتاج مواد عالية الأداء ذات أبعاد نانوية أو تسهّلان إنتاجها. وتتمثل ميزة تخليق الجسيمات النانوية بالموجات فوق الصوتية في البساطة والفعالية. وبينما تتطلب الطرق البديلة لإنتاج المواد ذات البنية النانوية درجات حرارة مرتفعة في كتلة المادة وضغوطًا مرتفعة و/أو أزمنة تفاعل طويلة، يتيح التخليق بالموجات فوق الصوتية غالبًا إنتاج المواد النانوية بسهولة وسرعة وكفاءة. وتكون التأثيرات السونوكيميائية والسونوميكانيكية الناتجة عن الموجات فوق الصوتية عالية الشدة مسؤولة عن تخليق الجسيمات ذات الأبعاد النانوية أو تعديلها وظيفيًا/تعديلها. ويؤدي اقتران الموجات فوق الصوتية عالية القدرة بالسوائل إلى التجويف الصوتي: تكوّن الفقاعات ونموها وانهيارها الانفجاري نحو الداخل، ويمكن التصنيف إلى سونوكيمياء أولية (كيمياء الطور الغازي التي تحدث داخل الفقاعات المنهارة)، وسونوكيمياء ثانوية (كيمياء طور المحلول التي تحدث خارج الفقاعات)، وتعديلات سونوميكانيكية / فيزيائية (تنتج عن نفاثات سائلة عالية السرعة وموجات صدمية و/أو تصادمات بين الجسيمات في المعلّقات الكثيفة). (راجع Hinman وSuslick، 2017) ويؤدي تأثير التجويف على الجسيمات إلى تقليل الحجم والبناء النانوي (التشتيت النانوي والاستحلاب النانوي)، وكذلك إلى تعديل الجسيمات وظيفيًا وتعديلها.
اقرأ المزيد عن طحن الجسيمات وتشتيتها بالموجات فوق الصوتية!

مسابير الموجات فوق الصوتية لتخليق المستحضرات الصيدلانية ذات البنية النانوية

تتمتع Hielscher Ultrasonic بخبرة طويلة في تصميم المجانسات عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية وتصنيعها وتوزيعها وصيانتها للصناعات الدوائية والغذائية.
يُعد تحضير جسيمات الأدوية ذات الأبعاد النانوية والليبوسومات والجسيمات النانوية الدهنية الصلبة والجسيمات النانوية البوليمرية ومعقّدات السيكلودكسترين واللقاحات عالية الجودة من العمليات التي تُستخدم فيها أنظمة Hielscher للموجات فوق الصوتية على نطاق واسع، وتحظى بالتقدير بفضل موثوقيتها العالية وجودة مخرجاتها الفائقة. وتتيح أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher تحكمًا دقيقًا في جميع معلمات العملية، مثل السعة ودرجة الحرارة والضغط وطاقة المعالجة بالموجات فوق الصوتية. ويسجّل البرنامج الذكي تلقائيًا جميع معلمات المعالجة بالموجات فوق الصوتية (الوقت والتاريخ والسعة وصافي الطاقة والطاقة الإجمالية ودرجة الحرارة والضغط) على بطاقة SD المدمجة. وهذا يسهّل التحكم في العملية والجودة بدرجة كبيرة، ويساعد على استيفاء ممارسات التصنيع الجيد (GMP).

خلّاطات بالموجات فوق الصوتية لكل طاقة إنتاجية

تغطي مجموعة منتجات Hielscher Ultrasonics الطيف الكامل لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية، بدءًا من أجهزة المعالجة المختبرية المدمجة، مرورًا بالأنظمة المنضدية والتجريبية، وصولًا إلى أجهزة المعالجة الصناعية بالكامل القادرة على معالجة كميات تعادل حمولات شاحنات في الساعة. وتتيح لنا مجموعة المنتجات الكاملة أن نقدم لك خلّاط القص بالموجات فوق الصوتية الأنسب لقدرة المعالجة وأهدافك. وهذا يتيح لك تطوير تطبيقك واختباره على نطاق مختبري صغير ثم توسيعه خطيًا إلى الطاقة الإنتاجية. ويُعد التوسع من خلّاط أصغر بالموجات فوق الصوتية إلى قدرات معالجة أعلى أمرًا بسيطًا للغاية، إذ يمكن توسيع عملية الخلط بالموجات فوق الصوتية خطيًا بالكامل انطلاقًا من معلمات العملية المعتمدة لديك. ويمكن تحقيق التوسع إما بتركيب وحدة خلط بالموجات فوق الصوتية أكثر قدرة، أو بتجميع عدة أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية تعمل بالتوازي.
تُستخدم أيضًا أجهزة التقليب بالموجات فوق الصوتية للتجانس المعقّم للمعلّقات من نوع سائل–سائل وصلب–سائل.

سعات عالية لإكساب الجسيمات بنية نانوية بكفاءة عالية

يمكن لأجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics توفير سعات عالية جدًا. ويمكن تشغيل سعات تصل إلى 200µm بسهولة وباستمرار في تشغيل 24/7. وللسعات الأعلى، تتوفر سونوترودات مخصّصة للموجات فوق الصوتية. وتكون السونوترودات فوق الصوتية (الأبواق والمسابير) والمفاعلات قابلة للتعقيم بالأوتوكلاف. وتتيح متانة معدات Hielscher للموجات فوق الصوتية التشغيل 24/7 في ظروف العمل الشاق والبيئات الصعبة.

اختبار سهل وخالٍ من المخاطر

يمكن توسيع عمليات الموجات فوق الصوتية خطيًا بالكامل. وهذا يعني أن كل نتيجة حققتها باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية مختبري أو منضدي يمكن توسيعها للحصول على المخرجات نفسها تمامًا باستخدام معلمات العملية نفسها تمامًا. وهذا يجعل المعالجة بالموجات فوق الصوتية مثالية لتطوير المنتجات وتنفيذها لاحقًا في التصنيع التجاري.

أعلى جودة – صُمّمت وصُنّعت في ألمانيا

بصفتها شركة مملوكة ومدارة عائليًا، تعطي Hielscher الأولوية لأعلى معايير الجودة في أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية التي تنتجها. وتُصمّم جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتُصنّع وتُختبر بدقة في مقرنا الرئيسي في Teltow بالقرب من برلين، ألمانيا. وتجعل متانة معدات Hielscher للموجات فوق الصوتية وموثوقيتها منها أداة يعتمد عليها في إنتاجك. ويُعد التشغيل 24/7 تحت الحمل الكامل وفي البيئات الصعبة سمة أصيلة لأجهزة المعالجة عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية من Hielscher.

يمكنك شراء أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بأحجام مختلفة ومهيّأة بدقة وفقًا لمتطلبات عمليتك. بدءًا من معالجة السوائل في كأس مختبري صغير، وصولًا إلى خلط المعلّقات الكثيفة والمعاجين بالتدفق المستمر على المستوى الصناعي، توفر لك Hielscher Ultrasonics مجانسًا مناسبًا عالي الأداء بالموجات فوق الصوتية! يُرجى التواصل معنا – يسعدنا أن نوصي لك بالتجهيز المثالي للموجات فوق الصوتية!

يوضح الجدول أدناه قدرة المعالجة التقريبية لأجهزتنا للمعالجة بالموجات فوق الصوتية: