Ultrazvučno nanostrukturiranje antibiotika

Ultrazvučno potpotpomognuta proizvodnja antibiotika može povećati njihovu učinkovitost, čak i protiv bakterija otpornih na lijekove: Sve veći broj sojeva bakterija otpornih na antibiotike još uvijek je neriješen problem koji bakterijske infekcije, uspješno liječene antibioticima tokom posljednjih desetljeća, ponovo čini prijetnjom zdravlju širom svijeta. Ultrazvučno nanostrukturiranje antibiotika obećavajuća je tehnika za povećanje učinkovitosti antibiotika, kao što je tetraciklin, protiv bakterija otpornih na lijekove.

Antibiotici i bakterije otporne na antibiotike

Otpornost na antibiotike nastaje kada klice poput bakterija i gljivica razviju sposobnost da nadvladaju lijekove osmišljene da ih ubiju. To znači da klice nisu ubijene i nastavljaju rasti. Infekcije uzrokovane klicama otpornim na antibiotike teško se liječe, a ponekad ih je nemoguće liječiti.
Otpornost bakterija na antibiotike pripisuje se prekomjernoj upotrebi, kao i pogrešnoj upotrebi antibiotika. Prekomjerna i pogrešna upotreba odnose se uglavnom na neprikladno propisivanje i opsežnu upotrebu u poljoprivredi
Kod uobičajenih antibiotika kao što su penicilin, tetraciklin, meticilin, eritromicin, gentamicin, vankomicin, imipemen, ceftazidim, levofloksacin, linezolid, daptomicin i ceftraroline, određeni sojevi bakterija mutirali su i razvili otpornost na antibiotike.
Glavni uzrok razvoja bakterija otpornih na antibiotike leži u prekomjernoj i pogrešnoj upotrebi antibiotika. Svaki put kada se pacijentu daju antibiotici, osjetljive bakterije bivaju ubijene. Međutim, ako postoje otporne bakterije koje lijek ne uništi, one rastu i razmnožavaju se. Time ponovljena i neprikladna upotreba antibiotika uzrokuje porast bakterija otpornih na lijekove.
Bakterije otporne na više lijekova (engl. Multi-Drug Resistant, MDR) ozbiljna su prijetnja zdravlju jer ne reaguju na uobičajeno liječenje antibioticima, koje bi trebalo ubiti klice.
Među gram-pozitivnim patogenima, globalna pandemija otpornog S. aureus (npr. Staphylococcus aureus otporan na meticilin; MRSA) i vrsta Enterococcus trenutno predstavlja najveću prijetnju. Gram-negativni patogeni kao što su Enterobacteriaceae (npr. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa i Acinetobacter postaju otporni na gotovo sve dostupne opcije antibiotskih lijekova.

Ultrazvučno nanoveličinski antibiotici

Poznato je da nanoveličinski farmaceutici nadmašuju molekule lijekova mikronske veličine, često zahvaljujući povećanoj stopi apsorpcije, većoj bioraspoloživosti i superiornoj učinkovitosti. Antibiotici se široko koriste za liječenje bakterijskih infekcija. Međutim, brz razvoj sve većeg broja sojeva bakterija otpornih na lijekove čini neophodnim razvoj novih ili modifikaciju postojećih antibiotskih lijekova. Smanjenje veličine čestica antibiotika, kao što je tetraciklin, putem ultrazvučne obrade (sonikacije) jedna je jednostavna, brza i obećavajuća strategija za poboljšanje učinkovitosti antibiotika protiv neotpornih i otpornih sojeva bakterija.
Saznajte više o ultrazvučnim nanosuspenzijama farmaceutskih aktivnih supstanci (API)!

Ultrazvučno nanostrukturirani tetraciklin

Kassirov i sar. (2018) ultrazvučno su obradili tetraciklin kako bi poboljšali učinkovitost lijeka protiv patogena. U svojoj studiji koristili su Escherichia coli Nova Blue TcR, soj s otpornošću na antibiotike, i E. coli 292–116 (bez otpornosti na lijekove). Tetraciklin, uobičajeni antibiotik širokog spektra, modificiran je industrijskim ultrazvučnim uređajem UIP1000hdT (Hielscher, Njemačka; vidi sliku lijevo). Istraživački tim je utvrdio da sonohemijska obrada uređajem UIP1000hdT povećava učinkovitost antibakterijskih svojstava do 25% protiv otpornog soja i do 100% protiv osjetljivog soja. Čak ni dugotrajno skladištenje nanostrukturiranog tetraciklina na +4ºC ne smanjuje antimikrobna svojstva.
Ultrazvučni parametri obrade, kao što su amplituda, unos energije i trajanje ultrazvučne obrade (sonikacije), utvrđeni su kao ključni faktori koji utječu na promjenu antimikrobnih svojstava protiv osjetljivih i otpornih ćelija.
Ultrazvučna obrada rezultira ujednačenijom raspodjelom veličine čestica nanoveličinskih čestica lijeka, što bi moglo dovesti do veće bioraspoloživosti, bioprihvatljivosti i time učinkovitosti molekula tetraciklina.
Dobiveni podaci pokazuju da sonohemijska modifikacija antibiotika može biti novi obećavajući i jeftin pristup razvoju novih lijekova učinkovitih u antibiotskoj terapiji protiv sojeva otpornih na lijekove.

Ultrazvučna obrada (sonikacija) tetraciklina uređajem UIP1000hdT.
A – FTIR spektri „slobodnog“ tetraciklina; B – FTIR spektri SN tetraciklina nakon 5 min ultrazvučne obrade (sonikacije); C – histogram raspodjele veličine „slobodnog“ tetraciklina; D – histogram raspodjele veličine SN tetraciklina nakon 5 min ultrazvučne obrade (sonikacije).
Studija i slika: Kassirov i sar. 2018.

Prednosti ultrazvučno nanostrukturiranih lijekova

Ultrazvučna obrada nudi ogromne mogućnosti za sintezu širokog spektra nanostrukturiranih materijala i koristi se u mnogim industrijama. Ultrazvučna proizvodnja nanoveličinskih farmaceutika, kao što su antibiotici, antivirotici i drugi lijekovi, vrlo je obećavajuća jer ti nanoveličinski lijekovi često pokazuju znatno veću stopu apsorpcije, bioraspoloživost i učinkovitost. Stoga mnoge poboljšane formulacije lijekova uključuju ultrazvučnu obradu radi nanostrukturiranja molekula lijekova, inkapsulacije lijekova u nanoemulzije, nanoliposome, niosome, čvrste lipidne nanočestice (SLN), nanostrukturirane lipidne nosače (NLC) i druge nanoveličinske inkluzijske komplekse.

Ultrazvučna obrada nanomaterijala s antibakterijskim svojstvima koristi se i za sintezu nanostrukturiranih materijala (npr. nanosrebro, nano ZnO) i za njihovo nanošenje na tekstil radi proizvodnje antibakterijskog medicinskog tekstila i drugih funkcionalnih tkanina. Na primjer, jednostepeni ultrazvučni proces koristi se za izradu postojanih premaza na pamučnim tkaninama antibakterijskim nanočesticama ZnO.

Kako funkcionira ultrazvučna sinteza nanostrukturiranih materijala?

Ultrazvučna obrada i sonohemija, odnosno primjena ultrazvuka velike snage na hemijske sisteme, naširoko se koriste za proizvodnju visokokvalitetnih nanoveličinskih materijala (npr. nanočestica, nanoemulzija). Ultrazvučna obrada (sonikacija) i sonohemija omogućavaju ili olakšavaju proizvodnju visokoučinkovitih nanoveličinskih materijala. Prednost ultrazvučne sinteze nanočestica jeste jednostavnost i učinkovitost. Dok alternativne metode proizvodnje nanostrukturiranih materijala zahtijevaju visoke temperature u masi, pritiske i / ili duga vremena reakcije, ultrazvučna sinteza često omogućava jednostavnu, brzu i efikasnu proizvodnju nanomaterijala. Za sintezu ili funkcionalizaciju/modifikaciju nanoveličinskih čestica odgovorni su i sonohemijski i sonomehanički efekti koje stvara ultrazvuk visokog intenziteta. Unošenje ultrazvučnih talasa velike snage u tečnosti rezultira akustičnom kavitacijom: nastankom, rastom i implozivnim kolapsom mjehurića, a može se kategorizirati kao primarna sonohemija (hemija u gasnoj fazi koja se odvija unutar kolapsirajućih mjehurića), sekundarna sonohemija (hemija u fazi rastvora koja se odvija izvan mjehurića) i sonomehaničke / fizičke modifikacije (uzrokovane brzim tečnim mlazevima, udarnim talasima i/ili sudarima među česticama u suspenzijama). (usp. Hinman i Suslick, 2017) Kavitacijski udar na čestice rezultira smanjenjem veličine, nanostrukturiranjem (nanodisperzija, nanoemulgiranje), kao i funkcionalizacijom i modifikacijom čestica.
Saznajte više o ultrazvučnom mljevenju i dispergiranju čestica!

Ultrazvučne sonde za sintezu nanostrukturiranih farmaceutika

Hielscher Ultrasonic dugogodišnje je iskusan u dizajnu, proizvodnji, distribuciji i servisiranju visokoučinkovitih ultrazvučnih homogenizatora za farmaceutsku i prehrambenu industriju.
Priprema visokokvalitetnih nanoveličinskih čestica lijekova, liposoma, čvrstih lipidnih nanočestica, polimernih nanočestica, ciklodekstrinskih kompleksa i vakcina procesi su u kojima se Hielscher ultrazvučni sistemi naširoko koriste i cijene zbog visoke pouzdanosti i vrhunskog kvaliteta rezultata. Hielscher ultrazvučni uređaji omogućavaju preciznu kontrolu svih procesnih parametara, kao što su amplituda, temperatura, pritisak i energija ultrazvučne obrade (sonikacije). Inteligentni softver automatski bilježi sve parametre ultrazvučne obrade (vrijeme, datum, amplitudu, neto energiju, ukupnu energiju, temperaturu, pritisak) na ugrađenu SD karticu. To značajno olakšava kontrolu procesa i kvaliteta te pomaže u ispunjavanju dobre proizvođačke prakse (GMP).

Ultrazvučni miješalice za svaki kapacitet proizvoda

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora kapaciteta za obradu količina u kamionima na sat. Cjelokupni asortiman omogućava nam da vam ponudimo najprikladniji ultrazvučni mikser sa smičnim silama za vaš procesni kapacitet i ciljeve. To vam omogućava da svoju primjenu razvijete i testirate u maloj laboratorijskoj veličini, a zatim je linearno skalirate na proizvodni kapacitet. Povećanje razmjera sa manjeg ultrazvučnog miksera na veće kapacitete obrade vrlo je jednostavno jer se proces ultrazvučnog miješanja može potpuno linearno skalirati na osnovu vaših utvrđenih procesnih parametara. Povećanje razmjera može se postići ugradnjom snažnije jedinice ultrazvučnog miksera ili povezivanjem više ultrazvučnih uređaja u klaster paralelno.
Ultrazvučni mješači se također koriste za sterilnu homogenizaciju suspenzija tečno-tečno i čvrsto-tečno.

Visoke amplitude za nanostrukturiranje čestica s visokom efikasnošću

Industrijski ultrazvučni procesori kompanije Hielscher Ultrasonics mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano koristiti u radu 24/7. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Ultrazvučne sonotrode (rogovi, sonde) i reaktori mogu se autoklavirati. Robusnost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher omogućava rad 24/7 pri velikom opterećenju i u zahtjevnim okruženjima.

Jednostavno testiranje bez rizika

Ultrazvučni procesi mogu se potpuno linearno skalirati. To znači da se svaki rezultat koji ste postigli pomoću laboratorijskog ili stolnog ultrazvučnog uređaja može skalirati na potpuno isti izlaz koristeći potpuno iste procesne parametre. To ultrazvučnu obradu čini idealnom za razvoj proizvoda i naknadnu implementaciju u komercijalnu proizvodnju.

Najviši kvalitet – dizajnirano i proizvedeno u Njemačkoj

Kao porodična firma u porodičnom vlasništvu, Hielscher daje prednost najvišim standardima kvaliteta za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrazvučni uređaji dizajniraju se, proizvode i temeljito testiraju u našem sjedištu u mjestu Teltow kod Berlina u Njemačkoj. Robusnost i pouzdanost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. Rad 24/7 pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika visokoučinkovitih ultrazvučnih uređaja kompanije Hielscher.

Hielscher ultrazvučne procesore možete kupiti u bilo kojoj veličini i tačno konfigurirane prema zahtjevima vašeg procesa. Od obrade tečnosti u maloj laboratorijskoj čaši do kontinuiranog protočnog miješanja suspenzija i pasta na industrijskom nivou, Hielscher Ultrasonics nudi vam odgovarajući visokoučinkoviti homogenizator! Molimo kontaktirajte nas – rado ćemo vam preporučiti idealnu ultrazvučnu postavku!

Tabela u nastavku daje vam orijentaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja: