Ultralyd nanostrukturering af antibiotika

Ultralydassisteret produktion af antibiotika kan øge deres effektivitet, selv mod lægemiddelresistente bakterier: Det stigende antal antibiotikaresistente bakteriestammer er et stadig uløst problem, hvilket gør bakterielle infektioner, som er blevet behandlet med antibiotika med succes inden for de sidste årtier, til en verdensomspændende sundhedstrussel igen. Ultralyd nano-strukturering af antibiotika er en lovende teknik til at øge effektiviteten af antibiotika såsom tetracyclin mod lægemiddelresistente bakterier.

Antibiotika og antibiotikaresistente bakterier

Antibiotikaresistens opstår, når bakterier som bakterier og svampe udvikler evnen til at besejre de lægemidler, der er designet til at dræbe dem. Det betyder, at bakterierne ikke dræbes og fortsætter med at vokse. Infektioner forårsaget af antibiotikaresistente bakterier er svære og nogle gange umulige at behandle.
Bakteriers antibiotikaresistens tilskrives overforbrug såvel som misbrug af antibiotika. Overforbrug og misbrug refererer hovedsageligt til uhensigtsmæssige recepter og ekstensiv landbrugsbrug
For almindelige antibiotika såsom penicilin, tetracyclin, methicillin, erythromycin, gentamicin, vancomycin, imipemen, ceftazidim, levofloxacin, linezolid, daptomycin og ceftrarolin har visse bakteriestammer muteret og udviklet antibiotikaresistens.
Hovedårsagen til udviklingen af antibiotikaresistente bakterier ligger i overforbrug og misbrug af antibiotika. Hver gang en patient får antibiotika, dræbes følsomme bakterier. Men hvis der er resistente bakterier, som ikke udryddes af lægemiddelbehandlingen, vokser de og formerer sig. Derved forårsager gentagen og uhensigtsmæssig brug af antibiotika en stigning i lægemiddelresistente bakterier.
Multiresistente (MDR) bakterier er en alvorlig sundhedstrussel, da de ikke reagerer på almindelig antibiotikabehandling, som formodes at dræbe bakterierne.
Blandt gram-positive patogener er en global pandemi af resistente S. aureus (f.eks. methicillinresistente Staphylococcus aureus; MRSA) og Enterococcus-arter udgør i øjeblikket den største trussel. Gramnegative patogener såsom Enterobacteriaceae (f.eks. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa og Acinetobacter bliver resistente over for næsten alle tilgængelige antibiotikalægemidler.

Ultralyd antibiotika i nanostørrelse

Lægemidler i nanostørrelse er kendt for at udmærke sig i mikronstørrelse lægemiddelmolekyler, ofte på grund af øgede absorptionshastigheder, højere biotilgængelighed og overlegen effektivitet. Antibiotika bruges i vid udstrækning til behandling af bakterielle infektioner. Den hurtige udvikling af flere og flere lægemiddelresistente bakteriestammer gør det imidlertid nødvendigt at udvikle nye eller modificere eksisterende antibiotika. Reduktion af partikelstørrelsen af antibiotika såsom tetracyclin via sonikering er en nem, hurtig og lovende strategi til at forbedre effektiviteten af antibiotika mod ikke-resistente og resistente bakteriestammer.
Læs mere om ultralyd nanosuspensioner af farmaceutiske API'er!

Ultrasonisk nanostruktureret tetracyklin

Kassirov et al. (2018) behandlede tetracyclin ultralyd for at forbedre lægemidlets effektivitet mod patogener. I deres undersøgelse brugte de Escherichia coli Nova Blue TcR, en stamme med antibiotikaresistens, og E. coli 292-116 (uden lægemiddelresistens). Tetracyclin, et almindeligt bredspektret antibiotikum, blev modificeret ved hjælp af industriel ultralydsapparat UIP1000hdT (Hielscher, Tyskland; se billedet til venstre). Forskerholdet fandt ud af, at den sonokemiske behandling med UIP1000hdT øger effektiviteten af antibakterielle egenskaber med op til 25 % mod den resistente stamme og op til 100 % mod den følsomme stamme. Selv en langtidsopbevaring af den nanostrukturerede tetracyclin ved +4ºC reducerer ikke de antimikrobielle egenskaber.
Ultralydsbehandlingsparametrene såsom amplitude, energitilførsel og sonikeringstid blev bestemt som kritiske faktorer, der påvirker ændringen i antimikrobielle egenskaber mod både følsomme og resistente celler.
Ultralydsbehandlingen resulterer i en mere ensartet partikelstørrelsesfordeling af lægemiddelpartikler i nanostørrelse, hvilket kan føre til en højere biotilgængelighed, biotilgængelighed og dermed effektivitet af tetracyclinmolekylerne.
De opnåede data viser, at sonokemisk modifikation af antibiotika kan være en ny lovende og billig tilgang til udvikling af nye lægemidler, der er effektive til antibiotikabehandling mod lægemiddelresistensstammer.

Sonikering af tetracyclin med UIP1000hdT.
A – FTIR-spektre af »fri« tetracyclin B – FTIR-spektre af SN-tetracyclin efter 5 minutters sonikering; C – Størrelsesfordelingshistogram for "fri" tetracyclin; D – Størrelsesfordelingshistogram af SN-tetracyclin efter 5 minutters sonikering.
Undersøgelse og figur af Kassirov et al. 2018.

Fordele ved ultralyd nanostrukturerede lægemidler

Ultralydbehandling giver enorme muligheder for syntese af et bredt spektrum af nanostrukturerede materialer og bruges i mange industrier. Ultralydsproduktion af lægemidler i nanostørrelse såsom antibiotika, antivirale midler og andre lægemidler er meget lovende, da disse lægemidler i nanostørrelse ofte viser en betydeligt højere absorptionshastighed, biotilgængelighed og effektivitet. Derfor involverer mange forbedrede lægemiddelformuleringer ultralydbehandling for at nanostrukturere lægemiddelmolekyler, indkapsle lægemidler i nano-emulsioner, nano-liposomer, niosomer, fast-lipid nanopartikler (SLN'er), nano-strukturerede lipid bærer (NLC'er) og andre nano-størrelse inklusionskomplekser.

Ultralydsbehandling af nanomaterialer med antibakterielle egenskaber bruges også til at syntetisere nanostrukturerede materialer (f.eks. Nano-sølv, nano ZnO) og til at anvende dem på tekstiler for at fremstille antibakterielle medicinske tekstiler og andre funktionelle stoffer. For eksempel bruges en enkelt-trins ultralydsproces til at fremstille holdbare belægninger af bomuldsstoffer med antibakterielle ZnO-nanopartikler.

Hvordan fungerer ultralydsyntese af nanostrukturerede materialer?

Ultralydbehandling og sonokemi, som er anvendelsen af ultralyd med høj effekt til kemiske systemer, bruges i vid udstrækning til at producere materialer af høj kvalitet i nanostørrelse (f.eks. Nanopartikler, nano-emulsioner). Sonikering og sonokemi muliggør eller letter produktionen af højtydende materialer i nanostørrelse. Fordelen ved ultralydsyntese af nanopartikler er enkelheden og effektiviteten. Mens alternative produktionsmetoder af nanostrukturerede materialer kræver høje bulktemperaturer, tryk og / eller lange reaktionstider, giver ultralydssyntese ofte mulighed for en let, hurtig og effektiv produktion af nanomaterialer. Både sonokemiske og sonomekaniske effekter genereret af ultralyd med høj intensitet er ansvarlige for syntese eller funktionalisering/modifikation af partikler i nanostørrelse. Kobling af ultralydsbølger med høj effekt i væsker resulterer i akustisk kavitation: dannelse, vækst og implosivt kollaps af bobler og kan kategoriseres som primær sonokemi (gasfasekemi, der forekommer inde i kollapsende bobler), sekundær sonokemi (opløsningsfasekemi, der forekommer uden for boblerne) og sonomekaniske/fysiske modifikationer (forårsaget af højhastigheds væskestråler, chokbølger og/eller interpartikelkollisioner i opslæmninger). (jf. Hinman og Suslick, 2017) Den kavitationelle påvirkning på partikler resulterer i størrelsesreduktion, nanostrukturering (nanodispersion, nano-emulgering) samt i partikelfunktionalisering og modifikation.
Læs mere om ultralydsfræsning og dispergering af partikler!

Ultralydssonder til syntese af nanostrukturerede lægemidler

Hielscher Ultrasonic har lang erfaring med design, fremstilling, distribution og service af højtydende ultralydshomogenisatorer til medicinal- og fødevareindustrien.
Fremstillingen af lægemiddelpartikler af høj kvalitet i nanostørrelse, liposomer, faste lipid nanopartikler, polymere nanopartikler, cyclodextrinkomplekser og vacciner er processer, hvor Hielscher ultralydssystemer er meget udbredt og værdsat for deres høje pålidelighed og overlegne kvalitet. Hielscher ultralydapparater giver mulighed for præcis kontrol over alle procesparametre, såsom amplitude, temperatur, tryk og sonikeringsenergi. Den intelligente software protokollerer automatisk alle sonikeringsparametre (tid, dato, amplitude, nettoenergi, total energi, temperatur, tryk) på det indbyggede SD-kort. Dette letter proces- og kvalitetskontrollen betydeligt og hjælper med at opfylde god fremstillingspraksis (GMP).

Ultralydsblandere til enhver produktkapacitet

Hielscher Ultrasonics produktsortiment dækker hele spektret af ultralydsprocessorer fra kompakte laboratorieultralydapparater over bord- og pilotsystemer til fuldt industrielle ultralydsprocessorer med kapacitet til at behandle lastbiler i timen. Det fulde produktsortiment giver os mulighed for at tilbyde dig den bedst egnede ultralydsforskydningsblander til din proceskapacitet og dine mål. Dette giver dig mulighed for at udvikle og teste din applikation i lille laboratoriestørrelse og skalere den derefter lineært til produktionskapacitet. Opskaleringen fra en mindre ultralydsblander til højere behandlingskapaciteter er meget enkel, da ultralydsblandingsprocessen kan skaleres fuldstændigt lineært ud fra dine etablerede procesparametre. Opskalering kan udføres ved enten at installere en mere kraftfuld ultralydsblanderenhed eller klynge flere ultralydapparater parallelt.
Ultralydsomrørere anvendes også til steril homogenisering af væske-væske og fast-væske-suspensioner.

Høje amplituder til nanostrukturpartikler med høj effektivitet

Hielscher Ultrasonics’ Industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Ultralydsonotroder (horn, sonder) og reaktorer er autoklaverbare. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.

Nem, risikofri test

Ultralydsprocesser kan skaleres fuldstændigt lineært. Dette betyder, at hvert resultat, du har opnået ved hjælp af en ultralydsapparat i laboratoriet eller en ultralydsmaskine, kan skaleres til nøjagtigt det samme output ved hjælp af nøjagtig de samme procesparametre. Dette gør ultralydbehandling ideel til produktudvikling og efterfølgende implementering i kommerciel fremstilling.

Højeste kvalitet – Designet og fremstillet i Tyskland

Som en familieejet og familiedrevet virksomhed prioriterer Hielscher de højeste kvalitetsstandarder for sine ultralydsprocessorer. Alle ultralydapparater er designet, fremstillet og grundigt testet i vores hovedkvarter i Teltow nær Berlin, Tyskland. Robustheden og pålideligheden af Hielschers ultralydsudstyr gør det til en arbejdshest i din produktion. 24/7 drift under fuld belastning og i krævende miljøer er en naturlig egenskab ved Hielschers højtydende ultralydapparater.

Du kan købe Hielscher ultralydsprocessorer i enhver anden størrelse og nøjagtigt konfigureret til dine proceskrav. Fra behandling af væsker i et lille laboratoriebæger til kontinuerlig gennemstrømningsblanding af gylle og pastaer på industrielt niveau tilbyder Hielscher Ultrasonics en passende højtydende homogenisator til dig! Kontakt os venligst – Vi er glade for at kunne anbefale dig den ideelle ultralydsopsætning!

Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: