Производство на лекарства: ултразвуковата обработка оформя бъдещето на биогенните лекарства

Ултразвукът вече не е само лабораторен инструмент. Във фармацевтичното производство ултразвуковата обработка се утвърждава като мощна технология, която прави възможно производството на биогенни лекарства – лекарства, получени от естествени биологични източници, които съчетават ефикасност с устойчивост. Тук представяме резултатите от ново изследване върху златни наночастици, получени с помощта на броколи, което показва как ултразвуковата обработка свързва зелената химия със съвременното проектиране на лекарства.

И така, какво се случва, когато ултразвукът с висок интензитет срещне растителната биохимия?

От броколи до биогенни лекарства

Производството на биогенни лекарства разчита на биоактивни молекули като полифеноли, флавоноиди, глюкозинолати и пептиди. Тези съединения могат да действат като редуциращи агенти, стабилизатори и дори терапевтично активни структурни групи. Ефективното им извличане и активиране обаче винаги е било ограничаващ фактор.

В наскоро публикувано изследване учените показват, че воден екстракт от броколи може да се използва за синтезиране на златни наночастици с изразени антиоксидантни, ранозаздравяващи и селективни противоракови свойства. От решаващо значение е, че синтезът е извършен под въздействието на ултразвук с помощта на ултразвуковия процесор модел UP200St с мощност 200 вата (Hielscher Ultrasonics, снимката вляво). Ултразвуковата обработка не е била пасивен етап – тя е била движещата сила, която е позволила бързо образуване на наночастици, контролирано разпределение по размер и стабилни биофункционални повърхности.

В рамките на минути предизвиканата от ултразвука кавитация е създала локализирани високоенергийни микросреди. Тези условия са ускорили редукцията на златните йони, като същевременно са запазили чувствителните фитохимични вещества, отговорни за биологичната активност.
Резултатът? Еднородни, ултрамалки златни наночастици, покрити с биомолекули от броколи и пригодени за биомедицинска употреба.

Точно тук промишлената ултразвукова обработка показва своята сила.

Зелен синтез на AuNPs с използване на екстракт от Brassica oleracea. Водният екстракт служи едновременно като редуциращ и стабилизиращ агент по време на процеса на ултразвуков синтез. Хлорозлатна киселина се добавя капка по капка към екстракта от броколи при ултразвукова обработка с ултразвуковия процесор UP200St, последвана от инкубация при 4◦C за 24 h, за да се осигури образуването на наночастици. След това колоидната суспензия се подлага на повторна ултразвукова обработка и центрофугиране за отстраняване на нереагиралите компоненти, при което се получават пречистени AuNPs със стабилна дисперсия.

Защо ултразвуковата обработка е важна при производството на биогенни лекарства

Ултразвуковата обработка въвежда механична енергия в течностите чрез акустична кавитация – образуването и колапса на микроскопични мехурчета. Във фармацевтичното и биотехнологичното производство това води до няколко решаващи предимства:

1. Повишена ефективност на екстракцията
   Ултразвуковата обработка разрушава растителните клетъчни стени, като освобождава вътреклетъчните биоактивни съединения бързо и възпроизводимо. В сравнение с конвенционалната екстракция добивите са по-високи, употребата на разтворители е по-малка, а времето за обработка е драстично съкратено.
2. Контролиран наносинтез
   При зеления синтез на наночастици ултразвуковата обработка подпомага равномерното образуване на зародиши и ограничава неконтролирания растеж. Това води до тесни разпределения на частиците по размер – критичен параметър за доставянето на лекарства, биоразпределението и безопасността.
3. Щадящи условия на обработка
   Ултразвуковата екстракция и синтез могат да се извършват при ниски температури. Това е от значение при работа с чувствителни към топлина биомолекули като ензими, антиоксиданти или съдържащи сяра съединения като сулфорафана от броколи.
4. Мащабируемост и възпроизводимост
   За разлика от химичните реакции, зависещи от партидната обработка, ултразвуковите процеси се мащабират линейно. С подходящото оборудване протоколите в лабораторен мащаб могат да бъдат прехвърлени директно към пилотно или промишлено производство.

Накратко, ултразвуковата обработка е не само по-бърза – тя е и по-прецизна.

Спектрален анализ в ултравиолетовата и видимата област, потвърждаващ образуването на AuNPs, синтезирани с използване на екстракт от Brassica oleracea var. italica. Пикът на повърхностния плазмонен резонанс (SPR) при 560 nm показва успешната редукция на Au3+ до Au⁰ и образуването на стабилни AuNPs, покрити с фитохимични вещества.