Ултразвуково наноструктуриране на антибиотици

Производството на антибиотици с помощта на ултразвук може да повиши тяхната ефективност дори срещу бактерии, резистентни към лекарства: Нарастващият брой бактериални щамове, резистентни към антибиотици, е все още нерешен проблем, който отново превръща бактериалните инфекции, успешно лекувани с антибиотици през последните десетилетия, в заплаха за здравето в световен мащаб. Ултразвуковото наноструктуриране на антибиотици е обещаваща техника за повишаване на ефективността на антибиотици като тетрациклин срещу бактерии, резистентни към лекарства.

Антибиотици и бактерии, резистентни към антибиотици

Антибиотичната резистентност възниква, когато микроорганизми като бактерии и гъбички развият способността да преодоляват действието на лекарствата, предназначени да ги унищожат. Това означава, че микроорганизмите не се унищожават и продължават да се развиват. Инфекциите, причинени от микроорганизми, резистентни към антибиотици, се лекуват трудно, а понякога лечението им е невъзможно.
Антибиотичната резистентност на бактериите се дължи на прекомерната, както и на неправилната употреба на антибиотични лекарства. Прекомерната и неправилната употреба се отнасят главно до неподходящо предписване и широко приложение в селското стопанство
При често използвани антибиотици като penicilin, тетрациклин, метицилин, еритромицин, гентамицин, ванкомицин, imipemen, цефтазидим, левофлоксацин, линезолид, даптомицин и ceftraroline определени бактериални щамове са мутирали и са развили антибиотична резистентност.
Основната причина за развитието на бактерии, резистентни към антибиотици, е прекомерната и неправилната употреба на антибиотични лекарства. Всеки път, когато на пациент се прилагат антибиотици, чувствителните бактерии се унищожават. Ако обаче има резистентни бактерии, които не са унищожени от медикаментозното лечение, те се развиват и размножават. По този начин многократната и неподходяща употреба на антибиотици води до увеличаване на бактериите, резистентни към лекарства.
Бактериите с множествена лекарствена резистентност (MDR) представляват сериозна заплаха за здравето, тъй като не реагират на обичайното антибиотично лечение, което би трябвало да унищожи микроорганизмите.
Сред грам-положителните патогени глобалната пандемия от резистентни S. aureus (напр. метицилин-резистентен Staphylococcus aureus; MRSA) и видове Enterococcus понастоящем представлява най-голямата заплаха. Грам-отрицателни патогени като Enterobacteriaceae (напр. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter стават резистентни към почти всички налични възможности за антибиотично лечение.

Антибиотици с наноразмери, получени чрез ултразвук

Известно е, че фармацевтичните продукти с наноразмери често превъзхождат лекарствените молекули с микронни размери поради повишената скорост на абсорбция, по-високата бионаличност и по-добрата ефективност. Антибиотиците се използват широко за лечение на бактериални инфекции. Бързото развитие на все повече бактериални щамове, резистентни към лекарства, обаче налага разработването на нови или модифицирането на съществуващи антибиотични лекарства. Намаляването на размера на частиците на антибиотици като тетрациклин чрез ултразвукова обработка е лесна, бърза и обещаваща стратегия за подобряване на ефективността на антибиотиците срещу нерезистентни и резистентни бактериални щамове.
Прочетете повече за ултразвуковите наносуспензии на активни фармацевтични съставки (API)!

Ултразвуково наноструктуриран тетрациклин

Kassirov и съавт. (2018) обработват тетрациклин с ултразвук, за да подобрят ефективността на лекарството срещу патогени. В своето изследване те използват Escherichia coli Nova Blue TcR, щам с антибиотична резистентност, и E. coli 292–116 (без лекарствена резистентност). Тетрациклинът, често използван широкоспектърен антибиотик, е модифициран с помощта на промишления ултразвуков апарат UIP1000hdT (Hielscher, Германия; вижте изображението вляво). Изследователският екип установява, че сонохимичната обработка с UIP1000hdT повишава ефективността на антибактериалните свойства с до 25% срещу резистентния щам и с до 100% срещу чувствителния щам. Дори продължителното съхранение на наноструктурирания тетрациклин при +4ºC не намалява антимикробните свойства.
Параметрите на ултразвуковата обработка, като амплитуда, вложена енергия и продължителност на ултразвуковата обработка, са определени като критични фактори, които влияят върху промяната на антимикробните свойства както срещу чувствителни, така и срещу резистентни клетки.
Ултразвуковата обработка води до по-равномерно разпределение по размер на лекарствените частици с наноразмери, което би могло да доведе до по-висока бионаличност, биодостъпност и съответно ефективност на молекулите на тетрациклина.
Получените данни показват, че сонохимичното модифициране на антибиотици може да бъде нов, обещаващ и евтин подход за разработване на нови лекарства, ефективни при антибиотична терапия срещу щамове с лекарствена резистентност.

Ултразвукова обработка на тетрациклин с UIP1000hdT.
A – FTIR спектри на „свободен“ тетрациклин; B – FTIR спектри на SN тетрациклин след 5 min ултразвукова обработка; C – хистограма на разпределението по размер на „свободен“ тетрациклин; D – хистограма на разпределението по размер на SN тетрациклин след 5 min ултразвукова обработка.
Изследване и фигура от Kassirov и съавт. 2018.

Предимства на ултразвуково наноструктурираните лекарства

Ултразвуковата обработка предлага огромни възможности за синтез на широк спектър от наноструктурирани материали и се използва в много отрасли. Ултразвуковото производство на фармацевтични продукти с наноразмери, като антибиотици, антивирусни и други лекарства, е изключително обещаващо, тъй като тези лекарства с наноразмери често показват значително по-висока скорост на абсорбция, бионаличност и ефективност. Затова много усъвършенствани лекарствени формулации включват ултразвукова обработка с цел наноструктуриране на лекарствените молекули и капсулиране на лекарства в наноемулсии, нанолипозоми, ниозоми, твърди липидни наночастици (SLNs), наноструктурирани липидни носители (NLCs) и други комплекси на включване с наноразмери.

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

Как работи ултразвуковият синтез на наноструктурирани материали?

Ултразвуковата обработка и сонохимията, която представлява прилагане на ултразвук с висока мощност към химични системи, се използват широко за получаване на висококачествени материали с наноразмери (напр. наночастици, наноемулсии). Ултразвуковата обработка и сонохимията правят възможно или улесняват производството на високоефективни материали с наноразмери. Предимството на ултразвуковия синтез на наночастици е неговата простота и ефективност. Докато алтернативните методи за производство на наноструктурирани материали изискват високи температури в целия обем, високи налягания и / или дълго време за реакция, ултразвуковият синтез често позволява лесно, бързо и ефективно производство на наноматериали. Както сонохимичните, така и сономеханичните ефекти, генерирани от ултразвук с висока интензивност, са отговорни за синтеза или функционализирането/модифицирането на частици с наноразмери. Предаването на ултразвукови вълни с висока мощност в течности води до акустична кавитация: образуване, нарастване и имплозивно свиване на мехурчета, и може да бъде категоризирано като първична сонохимия (химични процеси в газова фаза, протичащи вътре в свиващите се мехурчета), вторична сонохимия (химични процеси във фазата на разтвора, протичащи извън мехурчетата) и сономеханични / физични модификации (причинени от високоскоростни течни струи, ударни вълни и/или сблъсъци между частици в суспензии). (вж. Hinman и Suslick, 2017) Кавитационното въздействие върху частиците води до намаляване на размера, наноструктуриране (нанодиспергиране, наноемулгиране), както и до функционализиране и модифициране на частиците.
Прочетете повече за ултразвуковото смилане и диспергиране на частици!

Ултразвукови сонди за синтез на наноструктурирани фармацевтични продукти

Hielscher Ultrasonic има дългогодишен опит в проектирането, производството, дистрибуцията и сервизното обслужване на високопроизводителни ултразвукови хомогенизатори за фармацевтичната и хранителната промишленост.
Получаването на висококачествени лекарствени частици с наноразмери, липозоми, твърди липидни наночастици, полимерни наночастици, циклодекстринови комплекси и ваксини са процеси, в които ултразвуковите системи на Hielscher се използват широко и са ценени заради високата си надеждност и превъзходното качество на получените продукти. Ултразвуковите апарати на Hielscher позволяват прецизен контрол върху всички параметри на процеса, като амплитуда, температура, налягане и енергия на ултразвуковата обработка. Интелигентният софтуер автоматично записва всички параметри на ултразвуковата обработка (време, дата, амплитуда, нетна енергия, обща енергия, температура, налягане) на вградената SD карта. Това значително улеснява контрола на процеса и качеството и помага за спазването на добрите производствени практики (GMP).

Ултразвукови смесители за всеки производствен капацитет

Продуктовата гама на Hielscher Ultrasonics обхваща целия спектър от ултразвукови процесори – от компактни лабораторни ултразвукови апарати през настолни и пилотни системи до изцяло промишлени ултразвукови процесори с капацитет за обработка на количества, равняващи се на товари на камиони за час. Пълната продуктова гама ни позволява да ви предложим най-подходящия ултразвуков смесител със срязване за капацитета и целите на вашия процес. Това ви позволява да разработите и изпитате приложението си в малък лабораторен мащаб, а след това да го мащабирате линейно до производствен капацитет. Преминаването от по-малък ултразвуков смесител към по-висок капацитет за обработка е много лесно, тъй като процесът на ултразвуково смесване може да бъде мащабиран напълно линейно въз основа на вече установените параметри на процеса. Увеличаването на мащаба може да се извърши чрез инсталиране на по-мощен ултразвуков смесител или чрез обединяване на няколко ултразвукови апарата в паралелно работеща група.
Ултразвуковите бъркалки се използват също за стерилно хомогенизиране на суспензии течност–течност и твърдо вещество–течност.

Високи амплитуди за наноструктуриране на частици с висока ефективност

Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics могат да осигуряват много високи амплитуди. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по поръчка. Ултразвуковите сонотроди (рупори, сонди) и реактори са подходящи за автоклавиране. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при тежки натоварвания и в условия с високи изисквания.

Лесно изпитване без риск

Ултразвуковите процеси могат да бъдат мащабирани напълно линейно. Това означава, че всеки резултат, постигнат с лабораторен или настолен ултразвуков апарат, може да бъде мащабиран до получаване на точно същия резултат при използване на точно същите параметри на процеса. Това прави ултразвуковата обработка идеална за разработване на продукти и последващо внедряване в търговско производство.

Най-високо качество – проектирано и произведено в Германия

Като семеен бизнес, притежаван и управляван от семейството, Hielscher отдава приоритет на най-високите стандарти за качество на своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови апарати се проектират, произвеждат и изпитват щателно в нашата централа в Телтов, близо до Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го превръщат в неуморен помощник във вашето производство. Работата 24/7 при пълно натоварване и в условия с високи изисквания е естествена характеристика на високопроизводителните ултразвукови апарати на Hielscher.

Можете да закупите ултразвукови процесори на Hielscher в различни размери и с конфигурация, точно съобразена с изискванията на вашия процес. От обработката на течности в малка лабораторна чаша до непрекъснатото проточно смесване на суспензии и пасти в промишлен мащаб, Hielscher Ultrasonics ви предлага подходящ високопроизводителен хомогенизатор! Свържете се с нас – с удоволствие ще ви препоръчаме идеалната ултразвукова система!

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