Ultrazvukové nanostrukturace antibiotik

Ultrazvukem asistovaná produkce antibiotik může zvýšit jejich účinnost, eben proti bakteriím rezistentním vůči lékům: Rostoucí počet kmenů bakterií rezistentních vůči antibiotikům je stále nevyřešeným problémem, který vytváří bakteriální infekce, které byly v posledních desetiletích úspěšně léčeny antibiotiky, což je opět celosvětová zdravotní hrozba. Ultrazvukové nanostrukturování antibiotik je slibnou technikou pro zvýšení účinnosti antibiotik, jako je tetracyklin proti bakteriím rezistentním vůči lékům.

Antibiotika a bakterie rezistentní vůči antibiotikům

Antibiotická rezistence se stane, když bakterie jako bakterie a houby rozvíjet schopnost porazit léky určené k jejich zabití. To znamená, že bakterie nejsou zabity a nadále rostou. Infekce způsobené bakteriemi rezistentními vůči antibiotikům jsou obtížné a někdy nemožné léčit.
Antibiotická rezistence bakterií je připisována nadměrnému užívání, stejně jako nesprávnému užívání antibiotik. Nadužívání a zneužívání se týká především nevhodných předpisů a rozsáhlého
U běžných antibiotik, jako je penicilin, tetracyklin, mehicilin, erythromycin, gentamicin, vankomycin, imipemen, ceftazidime, levofloxacin, linezolid, daptomycin a ceftrarolin, některé kmeny bakterií zmutovaly a vyvinuly rezistenci vůči antibiotikům.
Hlavní příčinou vývoje bakterií rezistentních vůči antibiotikům je nadužívání a zneužívání antibiotik. Pokaždé, když je pacientovi podávána antibiotika, jsou usmrcovány citlivé bakterie. Pokud však existují rezistentní bakterie, které nejsou vymýceny léčbou drogami, rostou a množí se. Tím opakované a nevhodné užívání antibiotik způsobuje nárůst bakterií rezistentních vůči lékům.
Multi-rezistentní (MDR) bakterie jsou vážnou zdravotní hrozbou, protože nereagují na běžné antibiotické léčby, která má zabít bakterie.
Mezi grampozitivními patogeny je globální pandemie rezistentního S. aureus (např. meticilin-rezistentní Staphylococcus aureus; MRSA) a Enterococcus v současné době představují největší hrozbu. Gramnegativní patogeny, jako jsou Enterobacteriaceae (např. klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa a Acinetobacter, se stávají rezistentními vůči téměř všem dostupným antibiotikům.

Ultrazvukem nano-velké antibiotika

Nano-velké léčiva je známo, že vynikají molekuly léků velikosti mikronů často kvůli zvýšené rychlosti absorpce, vyšší biologická dostupnost, a vynikající účinnost. Antibiotika jsou široce používány k léčbě bakteriálních infekcí. Rychlý vývoj stále více kmenů bakterií rezistentních vůči lékům však způsobuje, že je nezbytný vývoj nových nebo modifikací stávajících antibiotik. Snížení velikosti částic antibiotik, jako je tetracyklin pomocí ultrazvuku, je jednou z jednoduchých, rychlých a slibných strategií pro zlepšení účinnosti antibiotik proti nerezistentním a rezistentním kmenům bakterií.
Přečtěte si více o ultrazvukových nanosuspenzích farmaceutických API!

Ultrazvukem nanostrukturovaný tetracyklin

Kassirov et al. (2018) ošetřený tetracyklin ultrazvukem ke zlepšení účinnosti léku proti patogenům. Ve své studii, oni používali Escherichia coli Nova Blue TcR, kmen s rezistencí vůči antibiotikům, a E. coli 292-116 (bez rezistence na léky). Tetracyklin, běžné širokospektrální antibiotikum, byl modifikován pomocí průmyslového ultrasonicator UIP1000hdT (Hielscher, Německo; viz obrázek vlevo). Výzkumný tým zjistil, že sonochemická léčba UIP1000hdT zvyšuje účinnost antibakteriálních vlastností až o 25% proti rezistentnímu kmeni a až o 100% proti citlivému kmeni. Ani dlouhodobé skladování nanostrukturovaného tetracyklinu při +4ºC nesnižuje antimikrobiální vlastnosti.
Ultrazvukové parametry zpracování, jako je amplituda, příkon energie a doba použití ultrazvuku, byly určeny jako kritické faktory, které ovlivňují změnu antimikrobiálních vlastností proti citlivým i rezistentním buňkám.
Ultrazvukové ošetření má za následek jednotnější rozložení velikosti částic nano-velké částice léčiva, což by mohlo vést k vyšší biologické dostupnosti, bioaccessibility a tím účinnost tetracyklinových molekul.
Získané údaje ukazují, že sonochemická modifikace antibiotik může být novým slibným a levným přístupem k vývoji nových léků účinných pro antibiotickou terapii proti kmenům rezistence vůči lékům.

Sonikace tetracyklinu s UIP1000hdT.
A – FTIR spektra "volného" tetracyklinu; B – FTIR spektra SN tetracyklinu po 5 min použití ultrazvuku; C – Velikost distribuce histogram "volného" tetracyklinu; D – Velikost distribuce histogram SN tetracyklinu po 5 min sonication.
Studie a číslo podle Kassirov et al. 2018.

Výhody ultrazvukových nanostrukturovaných léků

Ultrazvuku nabízí obrovské možnosti pro syntézu širokého spektra nanostrukturovaných materiálů a používá se v mnoha průmyslových odvětvích. Ultrazvuková výroba léků o velikosti nano, jako jsou antibiotika, antivirotika a další léky, je velmi slibná, protože tyto léky o velikosti nanovykazují často výrazně vyšší míru absorpce, biologickou dostupnost a účinnost. Proto mnoho vylepšených lékových formulací zahrnuje ultrazvuku s cílem nanostrukturovat molekuly léčiva, zapouzdřit léky do nano-emulze, nano-liposomy, niozomy, nanočástice pevných lipidů (SLNs), nano-strukturované lipidy nese (NLCs), a další nano-velké inkluzní komplexy.

Ultrazvukové zpracování nanomateriálů s antibakteriálními vlastnostmi se také používá k syntéze nanostrukturovaných materiálů (např. nano-stříbra, nano ZnO) a k jejich použití na textil za účelem výroby antibakteriálních lékařských textilií a dalších funkčních tkanin. Například, jeden-krok ultrazvukový proces se používá k výrobě trvanlivé povlaky z bavlněných tkanin s antibakteriálními nanočásticemi ZnO.

Jak funguje ultrazvuková syntéza nanostrukturovaných materiálů?

Ultrazvuku a sonochemie, což je aplikace vysoce výkonného ultrazvuku na chemické systémy, jsou široce používány k výrobě vysoce kvalitních nano-velkých materiálů (např. nanočástice, nano-emulze). Sonikace a sonochemie umožňují nebo usnadňují výrobu vysoce výkonných nano-velkých materiálů. Výhodou ultrazvukové syntézy nanočástic je jednoduchost a účinnost. Zatímco alternativní výrobní metody nanostrukturovaných materiálů vyžadují vysoké sypké teploty, tlaky a / nebo dlouhé reakční doby, ultrazvuková syntéza často umožňuje povrchní, rychlou a účinnou výrobu nanomateriálů. Oba, sonochemical a sonomechanical účinky generované high-intenzita ultrazvuku jsou zodpovědné za syntézu nebo funkcionalizaci / modifikace nano-velké částice. Spojení vysoce výkonných ultrazvukových vln do kapalin má za následek akustickou kavitaci: tvorbu, růst, a implozivní kolaps bublin, a mohou být rozděleny do kategorie primární sonochemie (plyn-fáze chemie vyskytující se uvnitř hroutí bubliny), sekundární sonochemie (řešení-fáze chemie vyskytující se mimo bubliny), a sonomechanical / fyzikální modifikace (způsobené vysokorychlostní kapaliny trysky, rázové vlny, a / nebo inter-částicové kolize v kaly). (srov. Hinman a Suslick, 2017) Kavitační dopad na částice má za následek zmenšení velikosti, nano-strukturování (nano-disperze, nano-emulzifikaci), stejně jako ve funkcionalizaci a modifikaci částic.
Přečtěte si více o ultrazvukové frézování a dispergace částic!

Ultrazvukové sondy pro syntézu nanostrukturovaných léčiv

Hielscher Ultrazvuk je dlouho-time zkušenosti v designu, výroba, distribuce a servis vysoce výkonných ultrazvukových homogenizátorů pro farmaceutický a potravinářský průmysl.
Příprava vysoce kvalitních nano-velké částice léčiva, liposomy, pevné lipidové nanočástice, polymerní nanočástice, cyklodextrinové komplexy a vakcíny jsou procesy, ve kterých jsou ultrazvukové systémy Hielscher široce používány a jsou oceňovány pro svou vysokou spolehlivost a vynikající kvalitu výstupu. Hielscher ultrasonicators umožňují přesnou kontrolu nad všemi procesními parametry, jako je amplituda, teplota, tlak a sonikace energie. Inteligentní software automaticky protokoluje všechny parametry použití ultrazvuku (čas, datum, amplituda, čistá energie, celková energie, teplota, tlak) na vestavěné SD-kartě. To výrazně usnadňuje kontrolu procesů a kvality a pomáhá plnit správnou výrobní praxi (GMP).

Ultrazvukové míchačky pro každou kapacitu produktu

Hielscher Ultrazvuk sortiment pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů z kompaktních laboratorních ultrasonicators přes bench-top a pilotní systémy plně-průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou pro zpracování kamionů za hodinu. Kompletní sortiment nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvukový smykový mixér pro vaši procesní kapacitu a cíle. To vám umožní vyvíjet a testovat aplikace v malé velikosti testovacího prostředí a škálovat ji pak lineárně na výrobní kapacitu. Scale-up z menšího ultrazvukového mixéru na vyšší výpočetní kapacity je velmi jednoduché, protože ultrazvukový proces míchání může být zcela lineární měřítko z vašich zavedených parametrů procesu. Up-škálování lze provést buď instalací výkonnější ultrazvukové směšovače jednotky nebo shlukování několik ultrasonicators paralelně.
Ultrazvukové míchačky se také používají pro sterilní homogenizaci suspenzí kapalina-kapalina a pevná kapalina.

Vysoké amplitudy na nanostrukturní částice s vysokou účinností

Hielscher Ultrazvuk’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v nepřetržitém provozu. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody. Ultrazvukové sonotrody (rohy, sondy) a reaktory jsou autoklávovatelné. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje nepřetržitý provoz v náročných a náročných prostředích.

Snadné a bezrizikové testování

Ultrazvukové procesy mohou být zcela lineární škálované. To znamená, že každý výsledek, kterého jste dosáhli pomocí laboratoře nebo bench-top ultrasonicator, lze škálovat na přesně stejný výstup pomocí přesně stejné parametry procesu. Díky ultrazvuku ideální pro vývoj produktu a následné provádění do komerční výroby.

Nejvyšší kvalita – Navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinný a rodinný podnik Hielscher upřednostňuje nejvyšší standardy kvality pro své ultrazvukové procesory. Všechny ultrasonicators jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v naší centrále v Teltow u Berlína, Německo. Robustnost a spolehlivost ultrazvukového zařízení Hielscher je, aby to pracovní kůň ve vaší výrobě. 24/7 provoz při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou charakteristikou hielscherových vysoce výkonných ultrasonicators.

Můžete si koupit Hielscher ultrazvukové procesory v jakékoli jiné velikosti a přesně nakonfigurován na vaše požadavky na proces. Hielscher Ultrasonics nabízí vhodný vysoce výkonný homogenizátor, od ošetřování tekutin v malé laboratorní kádince až po kontinuální průchozí míchání kalů a past na průmyslové úrovni! Prosím, kontaktujte nás – jsme rádi, že vám můžeme doporučit ideální ultrazvukové nastavení!

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: