Ultrazvučno nanostrukturiranje antibiotika

Ultrazvučno potpomognuta proizvodnja antibiotika može povećati njihovu učinkovitost, čak i protiv bakterija otpornih na lijekove: Sve veći broj sojeva bakterija otpornih na antibiotike je još uvijek neriješen problem zbog čega su bakterijske infekcije, koje se uspješno liječe antibioticima u posljednjih nekoliko desetljeća, širom svijeta ponovo pretnja po zdravlje. Ultrazvučno nanostrukturiranje antibiotika obećavajuća je tehnika za povećanje djelotvornosti 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 poraze lijekove dizajnirane da ih ubiju. To znači da se klice ne ubijaju i nastavljaju da rastu. Infekcije uzrokovane klicama otpornim na antibiotike je teško, a ponekad i nemoguće, liječiti.
Otpornost bakterija na antibiotike pripisuje se prekomjernoj upotrebi, kao i pogrešnoj upotrebi antibiotika. Prekomjerna i zlouporaba se uglavnom odnose na neodgovarajuće recepte i ekstenzivnu poljoprivrednu upotrebu
Za uobičajene antibiotike kao što su penicilin, tetraciklin, meticilin, eritromicin, gentamicin, vankomicin, imipemen, ceftazidim, levofloksacin, linezolid, daptomicin i ceftrarolin, određeni sojevi bakterija su mutirali i razvili otpornost na antibiotike.
Glavni uzrok razvoja bakterija otpornih na antibiotike leži u prekomjernoj upotrebi i zlouporabi antibiotskih lijekova. Svaki put kada se pacijentu daju antibiotici, osjetljive bakterije su ubijene. Međutim, ako postoje otporne bakterije, koje se ne iskorijene liječenjem lijekovima, one rastu i razmnožavaju se. Pri tome, ponovljena i neodgovarajuća upotreba antibiotika uzrokuje porast bakterija otpornih na lijekove.
Bakterije otporne na više lijekova (MDR) predstavljaju ozbiljnu prijetnju zdravlju jer ne reaguju na uobičajeni tretman antibioticima, koji bi trebao ubiti klice.
Među gram-pozitivnim patogenima, globalna pandemija rezistentnih S. aureus (npr. Staphylococcus aureus otpornih na meticilin; MRSA) i vrsta Enterococcus trenutno predstavlja najveću prijetnju. Gram-negativni patogeni kao što su Enterobacteriaceae (npr. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa i Acinetobacterare postaju rezistentni na gotovo sve dostupne antibiotike.

Ultrazvučni antibiotici nano-veličine

Poznato je da farmaceutski proizvodi nano-veličine nadmašuju molekule lijekova mikronske veličine često zbog povećane stope apsorpcije, veće bioraspoloživosti i superiorne efikasnosti. Antibiotici se široko koriste za liječenje bakterijskih infekcija. Međutim, brzi razvoj sve više i više sojeva bakterija otpornih na lijekove čini neophodnim razvoj novih ili modifikaciju postojećih antibiotika. Smanjenje veličine čestica antibiotika kao što je tetraciklin ultrazvukom je jedna laka, brza i obećavajuća strategija za poboljšanje učinkovitosti antibiotika protiv nerezistentnih i rezistentnih sojeva bakterija.
Pročitajte više o ultrazvučnim nanosuspenzijama farmaceutskih API-ja!

Ultrazvučno nanostrukturirani tetraciklin

Kassirov i dr. (2018) su ultrazvučno tretirali tetraciklin kako bi poboljšali efikasnost lijeka protiv patogena. U svojoj studiji su koristili Escherichia coli Nova Blue TcR, soj otporan na antibiotike, i E. coli 292–116 (bez rezistencije na lijekove). Tetraciklin, uobičajen antibiotik širokog spektra, modificiran je korištenjem industrijskog ultrazvučnog aparata UIP1000hdT (Hielscher, Njemačka; vidi sliku lijevo). Istraživački tim je otkrio da sonohemijski tretman sa UIP1000hdT povećava efikasnost antibakterijskih svojstava do 25% protiv rezistentnog soja i do 100% protiv osetljivog soja. Čak i dugotrajno skladištenje nanostrukturiranog tetraciklina na +4ºC ne smanjuje antimikrobna svojstva.
Parametri ultrazvučne obrade kao što su amplituda, unos energije i vrijeme sonikacije određeni su kao kritični faktori koji utiču na promjenu antimikrobnih svojstava prema osjetljivim i otpornim ćelijama.
Ultrazvučni tretman dovodi do ujednačenije raspodjele veličine čestica nano-velikih čestica lijeka, što može dovesti do veće biodostupnosti, biodostupnosti, a time i efikasnosti molekula tetraciklina.
Dobijeni podaci pokazuju da sonohemijska modifikacija antibiotika može biti novi obećavajući i jeftin pristup razvoju novih lijekova efikasnih za antibiotsku terapiju protiv sojeva otpornosti na lijekove.

Sonikacija tetraciklina sa UIP1000hdT.
A – FTIR spektri “slobodnog” tetraciklina; B – FTIR spektri SN tetraciklina nakon 5 min ultrazvuka; C – Histogram distribucije veličine “slobodnog” tetraciklina; D – Histogram raspodjele veličine SN tetraciklina nakon 5 min ultrazvuka.
Studija i slika Kasirova et al. 2018.

Prednosti ultrazvučnih nanostrukturiranih lijekova

Ultrazvučna obrada nudi ogromne mogućnosti za sintezu širokog spektra nanostrukturiranih materijala i koristi se u mnogim industrijama. Ultrazvučna proizvodnja farmaceutskih proizvoda nano veličine kao što su antibiotici, antivirusni i drugi lijekovi vrlo je obećavajuća jer ovi lijekovi nano veličine često pokazuju znatno veću stopu apsorpcije, bioraspoloživost i djelotvornost. Stoga mnoge poboljšane formulacije lijekova uključuju ultrazvučnu obradu kako bi se nanostrukturirali molekuli lijekova, kapsulirali lijekovi u nano-emulzije, nano-liposome, niosome, čvrste lipidne nanočestice (SLN), nano-strukturirane nosače lipida (NLC) i druge inkluzije nano veličine. kompleksi.

Ultrazvučna obrada nanomaterijala sa antibakterijskim svojstvima koristi se i za sintetizaciju nanostrukturiranih materijala (npr. nano-srebro, nano ZnO) i za njihovu primenu na tekstilu u cilju proizvodnje antibakterijskih medicinskih tekstila i drugih funkcionalnih tkanina. Na primjer, ultrazvučni proces u jednom koraku koristi se za izradu trajnih premaza od pamučnih tkanina s antibakterijskim nanočesticama ZnO.

Kako radi ultrazvučna sinteza nanostrukturiranih materijala?

Ultrazvuk i sonohemija, što predstavlja primjenu ultrazvuka velike snage na hemijske sisteme, široko se koriste za proizvodnju visokokvalitetnih materijala nano veličine (npr. nanočestice, nano-emulzije). Sonikacija i sonohemija omogućavaju ili olakšavaju proizvodnju nano-materijala visokih performansi. Prednost ultrazvučne sinteze nanočestica je jednostavnost i efikasnost. Dok alternativne metode proizvodnje nanostrukturiranih materijala zahtijevaju visoke temperature, tlakove i/ili dugo vremena reakcije, ultrazvučna sinteza često omogućava laku, brzu i efikasnu proizvodnju nanomaterijala. I sonohemijski i sonomehanički efekti generisani ultrazvukom visokog intenziteta odgovorni su za sintezu ili funkcionalizaciju/modifikaciju čestica nano veličine. Spajanje ultrazvučnih talasa velike snage u tečnosti rezultira akustičnom kavitacijom: formiranjem, rastom i implozivnim kolapsom mehurića i može se kategorisati kao primarna sonohemija (hemija gasne faze koja se javlja unutar kolapsirajućih mjehurića), sekundarna sonohemija (hemija u fazi rastvora koja se javlja izvan mjehurića) i sonomehaničke/fizičke modifikacije (uzrokovane brzim mlazovima tekućine, udarnim valovima i/ili sudarima između čestica u kašama). (usp. Hinman i Suslick, 2017) Kavitacijski utjecaj na čestice rezultira smanjenjem veličine, nano-strukturiranjem (nano-disperzija, nano-emulzifikacija), kao i funkcionalizacijom i modifikacijom čestica.
Pročitajte više o ultrazvučnom mljevenju i raspršivanju čestica!

Ultrazvučne sonde za sintezu nanostrukturiranih farmaceutskih proizvoda

Hielscher Ultrasonic ima dugogodišnje iskustvo u dizajnu, proizvodnji, distribuciji i servisu ultrazvučnih homogenizatora visokih performansi za farmaceutsku i prehrambenu industriju.
Priprema visokokvalitetnih nano-velikih čestica lijekova, liposoma, čvrstih lipidnih nanočestica, polimernih nanočestica, ciklodekstrinskih kompleksa i vakcina su procesi u kojima se Hielscher ultrazvučni sistemi široko koriste i cijenjeni su zbog svoje visoke pouzdanosti i vrhunskog kvaliteta izlaza. Hielscher ultrasonicatori omogućuju preciznu kontrolu nad svim parametrima procesa, kao što su amplituda, temperatura, pritisak i energija ultrazvuka. Inteligentni softver automatski protokolira sve parametre sonikacije (vrijeme, datum, amplituda, neto energija, ukupna energija, temperatura, pritisak) na ugrađenoj SD kartici. Ovo značajno olakšava kontrolu procesa i kvaliteta i pomaže u ispunjavanju dobre proizvodne prakse (GMP).

Ultrazvučni mikseri za svaki kapacitet proizvoda

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrasonikatora preko stolnih i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora sa kapacitetom za obradu kamiona po satu. Cijeli asortiman proizvoda nam omogućava da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu mješalicu za vaše procesne kapacitete i ciljeve. Ovo vam omogućava da razvijete i testirate svoju aplikaciju u maloj laboratorijskoj veličini i da je zatim linearno skalirate do proizvodnog kapaciteta. Povećanje veličine od manjeg ultrazvučnog miksera na veće kapacitete obrade je vrlo jednostavno jer se proces ultrazvučnog miješanja može potpuno linearno skalirati prema vašim utvrđenim parametrima procesa. Povećanje se može obaviti bilo instaliranjem snažnije ultrazvučne jedinice za miješanje ili grupiranjem nekoliko ultrazvučnih uređaja paralelno.
Ultrazvučne mešalice se takođe koriste za sterilnu homogenizaciju suspenzija tečnost-tečnost i čvrsta-tečnost.

Visoke amplitude do nanostrukturnih čestica sa visokom efikasnošću

Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo velike amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu u radu 24/7. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Ultrazvučne sonotrode (rogovi, sonde) i reaktori se mogu autoklavirati. Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.

Lako testiranje bez rizika

Ultrazvučni procesi se mogu potpuno linearno skalirati. To znači da svaki rezultat koji ste postigli korištenjem laboratorijskog ili stonog ultrazvučnog aparata, može se skalirati na potpuno isti izlaz koristeći potpuno iste procesne parametre. Ovo čini ultrasonication idealnim za razvoj proizvoda i naknadnu implementaciju u komercijalnu proizvodnju.

Najviša kvaliteta – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj

Kao porodično preduzeće koje vodi porodica, Hielscher daje prioritet najvišim standardima kvaliteta za svoje ultrazvučne procesore. Svi ultrasonikatori su dizajnirani, proizvedeni i temeljno testirani u našem sjedištu u Teltowu blizu Berlina, Njemačka. Robusnost i pouzdanost Hielscherove ultrazvučne opreme čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. 24/7 rad pod punim opterećenjem iu zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika Hielscherovih ultrasonikatora visokih performansi.

Hielscher ultrazvučne procesore možete kupiti u bilo kojoj različitoj veličini i točno konfigurirani prema vašim zahtjevima procesa. Od tretmana tekućina u maloj laboratorijskoj čaši do kontinuiranog protočnog miješanja suspenzije i paste na industrijskom nivou, Hielscher Ultrasonics nudi odgovarajući homogenizator visokih performansi za vas! Molimo kontaktirajte nas – drago nam je da vam preporučimo idealnu ultrazvučnu postavku!

Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata: