Ултразвуково наноструктуриране на антибиотици

Ултразвуковото производство на антибиотици може да увеличи тяхната ефективност, дори срещу резистентни на лекарства бактерии: нарастващият брой резистентни на антибиотици бактериални щамове е все още нерешен проблем, който прави бактериалните инфекции, които са били успешно лекувани с антибиотици през последните десетилетия, отново в световна заплаха за здравето. Ултразвуковото наноструктуриране на антибиотиците е обещаваща техника за повишаване на ефективността на антибиотиците като тетрациклин срещу резистентни на лекарства бактерии.

Антибиотици и резистентни на антибиотици бактерии

Антибиотичната резистентност се появява, когато микроби като бактерии и гъбички развият способността да побеждават лекарствата, предназначени да ги убиват. Това означава, че микробите не се убиват и продължават да растат. Инфекциите, причинени от резистентни на антибиотици микроби, са трудни, а понякога и невъзможни за лечение.
Антибиотичната резистентност на бактериите се дължи на прекомерната употреба, както и на злоупотребата с антибиотични лекарства. Прекомерната употреба и злоупотребата се отнасят главно до неподходящи рецепти и екстензивна селскостопанска употреба
За често срещани антибиотици като пеницилин, тетрациклин, метицилин, еритромицин, гентамицин, ванкомицин, имипемен, цефтазидим, левофлоксацин, линезолид, даптомицин и цефтраролин, някои бактериални щамове са мутирали и са развили антибиотична резистентност.
Основната причина за развитието на резистентни на антибиотици бактерии се крие в прекомерната употреба и злоупотребата с антибиотични лекарства. Всеки път, когато на пациент се прилагат антибиотици, чувствителните бактерии се убиват. Ако обаче има резистентни бактерии, които не се изкореняват чрез медикаментозно лечение, те растат и се размножават. По този начин многократната и неподходяща употреба на антибиотици води до увеличаване на резистентните към лекарства бактерии.
Мултирезистентните бактерии (MDR) са сериозна заплаха за здравето, тъй като не реагират на обичайното лечение с антибиотици, което трябва да убие микробите.
Сред грам-положителните патогени глобална пандемия от резистентен S. aureus (напр. метицилин-резистентен Staphylococcus aureus; MRSA) и видовете Enterococcus в момента представляват най-голямата заплаха. Грам-отрицателните патогени като Enterobacteriaceae (напр. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter стават резистентни към почти всички налични антибиотични лекарства.

Ултразвукови антибиотици с наноразмери

Известно е, че фармацевтичните продукти с наноразмери превъзхождат лекарствените молекули с микронни размери, често поради повишени нива на абсорбция, по-висока бионаличност и превъзходна ефективност. Антибиотиците се използват широко за лечение на бактериални инфекции. Въпреки това, бързото развитие на все повече и повече резистентни на лекарства щамове бактерии прави разработването на нови или модификацията на съществуващите антибиотични лекарства необходимо. Намаляването на размера на частиците на антибиотици като тетрациклин чрез ултразвук е една лесна, бърза и обещаваща стратегия за подобряване на ефективността на антибиотиците срещу нерезистентни и резистентни бактериални щамове.
Прочетете повече за ултразвуковите наносуспензии на фармацевтичните API!

Ултразвуково наноструктуриран тетрациклин

Kassirov et al. (2018) третират тетрациклин ултразвуково, за да подобрят ефективността на лекарството срещу патогени. В своето проучване те използват Escherichia coli Nova Blue TcR, щам с антибиотична резистентност, и E. coli 292–116 (без лекарствена резистентност). Тетрациклинът, често срещан широкоспектърен антибиотик, е модифициран с помощта на индустриален ултразвук UIP1000hdT (Хилшер, Германия; виж снимката вляво). Изследователският екип установи, че сонохимичното третиране с UIP1000hdT повишава ефективността на антибактериалните свойства до 25% срещу резистентния щам и до 100% срещу чувствителния щам. Дори дългосрочното съхранение на наноструктурирания тетрациклин при +4ºC не намалява антимикробните свойства.
Параметрите на ултразвуковата обработка като амплитуда, входяща енергия и време на ултразвук бяха определени като критични фактори, които влияят върху промяната в антимикробните свойства както срещу чувствителните, така и срещу резистентните клетки.
Ултразвуковата обработка води до по-равномерно разпределение на размера на частиците в наноразмера на лекарствените частици, което може да доведе до по-висока бионаличност, биодостъпност и по този начин ефективност на тетрациклиновите молекули.
Получените данни показват, че сонохимичната модификация на антибиотиците може да бъде нов обещаващ и евтин подход към разработването на нови лекарства, ефективни за антибиотична терапия срещу щамове на лекарствена резистентност.

Уникиране на тетрациклин с UIP1000hdT.A – FTIR спектри на “свободен” Тетрациклин; B – FTIR спектри на SN тетрациклин след 5 минути ултразвук; В – Хистограма за разпределение на размера на “свободен” Тетрациклин; D – Хистограма за разпределение на размера на SN тетрациклин след 5 минути ултразвук.Проучване и фигура от Kassirov et al. 2018.

Предимства на ултразвуковите наноструктурирани лекарства

Ултразвукът предлага огромни възможности за синтез на широк спектър от наноструктурирани материали и се използва в много индустрии. Ултразвуковото производство на наноразмерни фармацевтични продукти като антибиотици, антивирусни средства и други лекарства е много обещаващо, тъй като тези наноразмерни лекарства често показват значително по-висока степен на абсорбция, бионаличност и ефективност. Поради това много подобрени лекарствени формулировки включват ултразвук с цел наноструктуриране на лекарствени молекули, капсулиране на лекарства в нано-емулсии, нано-липозоми, ниозоми, твърдо-липидни наночастици (SLN), наноструктурирани липидни носители (NLC) и други наноразмерни комплекси за включване.

Ултразвуковата обработка на наноматериали с антибактериални свойства се използва и за синтезиране на наноструктурирани материали (напр. наносребро, нано ZnO) и за прилагането им върху текстил с цел производство на антибактериален медицински текстил и други функционални тъкани. Например, едноетапен ултразвуков процес се използва за производство на трайни покрития от памучни тъкани с антибактериални ZnO наночастици.

Как работи ултразвуковият синтез на наноструктурирани материали?

Ултразвукът и сонохимията, което е приложението на ултразвук с висока мощност върху химически системи, се използват широко за производство на висококачествени наноразмерни материали (напр. наночастици, наноемулсии). Соникацията и сонохимията позволяват или улесняват производството на високоефективни наноразмерни материали. Предимството на ултразвуковия синтез на наночастици е простотата и ефективността. Докато алтернативните методи за производство на наноструктурирани материали изискват високи насипни температури, налягания и/или дълго време за реакция, ултразвуковият синтез често позволява гъвкаво, бързо и ефективно производство на наноматериали. Както сонохимичните, така и сономеханичните ефекти, генерирани от високоинтензивния ултразвук, са отговорни за синтеза или функционализацията/модифицирането на наночастици. Свързването на високомощни ултразвукови вълни в течности води до акустична кавитация: образуване, растеж и имплозивен колапс на мехурчета и може да бъде категоризиран като първична сонохимия (химия на газовата фаза, протичаща вътре в колабиращите се мехурчета), вторична сонохимия (химия на фазата на разтвора, възникваща извън мехурчетата) и сономеханични/физични модификации (причинени от високоскоростни течни струи, ударни вълни и/или сблъсъци между частици в суспензии). (срв. Хинман и Съслик, 2017) Кавитационното въздействие върху частиците води до намаляване на размера, наноструктуриране (нанодисперсия, наноемулгиране), както и до функционализация и модификация на частиците.
Прочетете повече за ултразвуковото фрезоване и диспергирането на частици!

Ултразвукови сонди за синтез на наноструктурирани фармацевтични продукти

Hielscher Ultrasonic има дългогодишен опит в проектирането, производството, дистрибуцията и обслужването на високоефективни ултразвукови хомогенизатори за фармацевтичната и хранително-вкусовата промишленост.
Приготвянето на висококачествени наноразмерни лекарствени частици, липозоми, твърди липидни наночастици, полимерни наночастици, циклодекстринови комплекси и ваксини са процеси, в които ултразвуковите системи на Hielscher се използват широко и се ценят заради високата си надеждност и превъзходно качество на продукцията. Ултразвуковите апарати на Hielscher позволяват прецизен контрол върху всички параметри на процеса, като амплитуда, температура, налягане и енергия на ултразвука. Интелигентният софтуер автоматично протоколира всички параметри на ултразвука (час, дата, амплитуда, нетна енергия, обща енергия, температура, налягане) на вградената SD-карта. Това значително улеснява контрола на процесите и качеството и спомага за спазването на добрите производствени практики (GMP).

Ултразвукови смесители за всеки капацитет на продукта

Продуктовата гама на Hielscher Ultrasonics обхваща пълния спектър от ултразвукови процесори от компактни лабораторни ултразвукови процесори през настолни и пилотни системи до напълно индустриални ултразвукови процесори с капацитет за обработка на камиони на час. Пълната продуктова гама ни позволява да ви предложим най-подходящия ултразвуков срязващ миксер за вашия технологичен капацитет и цели. Това ви позволява да разработите и тествате приложението си в малък размер на лабораторията и след това да го мащабирате линейно до производствения капацитет. Мащабирането от по-малък ултразвуков миксер до по-висок капацитет на обработка е много просто, тъй като процесът на ултразвуково смесване може да бъде напълно линеен от установените параметри на процеса. Увеличаването на мащаба може да се извърши или чрез инсталиране на по-мощен ултразвуков смесител, или чрез групиране на няколко ултразвукови апарата паралелно.
Ултразвуковите бъркалки се използват и за стерилна хомогенизация на течност-течност и твърдо-течни суспензии.

Високи амплитуди за наноструктурни частици с висока ефективност

Hielscher Ultrasonics’ Индустриалните ултразвукови процесори могат да осигурят много високи амплитуди. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато в режим на работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди. Ултразвуковите сонотроди (рога, сонди) и реактори са автоклавируеми. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.

Лесно и безрисково тестване

Ултразвуковите процеси могат да бъдат напълно линейно мащабирани. Това означава, че всеки резултат, който сте постигнали с помощта на лабораторен или настолен ултразвуков апарат, може да бъде мащабиран до абсолютно същия резултат, като се използват абсолютно същите параметри на процеса. Това прави ултразвука идеален за разработване на продукти и последващо внедряване в търговско производство.

Най-високо качество – Проектиран и произведен в Германия

Като семеен и семеен бизнес, Hielscher дава приоритет на най-високите стандарти за качество на своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови апарати са проектирани, произведени и щателно тествани в централата ни в Телтов близо до Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят работен кон във вашето производство. 24/7 работа при пълно натоварване и в взискателни среди е естествена характеристика на високопроизводителните ултразвукови апарати на Hielscher.

Можете да закупите ултразвукови процесори Hielscher във всеки различен размер и точно конфигурирани според вашите изисквания на процеса. От третиране на течности в малка лабораторна чаша до непрекъснато смесване на суспензии и пасти на индустриално ниво, Hielscher Ultrasonics предлага подходящ високоефективен хомогенизатор за вас! Моля, свържете се с нас – Радваме се да ви препоръчаме идеалната ултразвукова настройка!

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: