Nanoestructuración ultrasónica de antibióticos

La producción de antibióticos asistida por ultrasonidos puede aumentar su eficacia, incluso contra bacterias resistentes a los fármacos: El creciente número de cepas de bacterias resistentes a los antibióticos es un problema aún sin resolver que hace que las infecciones bacterianas, tratadas con éxito con antibióticos en las últimas décadas, vuelvan a ser una amenaza para la salud en todo el mundo. La nanoestructuración ultrasónica de antibióticos es una técnica prometedora para aumentar la eficacia de antibióticos como la tetraciclina contra bacterias farmacorresistentes.

Antibióticos y bacterias resistentes a los antibióticos

La resistencia a los antibióticos se produce cuando gérmenes como las bacterias y los hongos desarrollan la capacidad de vencer a los fármacos diseñados para matarlos. Esto significa que los gérmenes no mueren y siguen creciendo. Las infecciones causadas por gérmenes resistentes a los antibióticos son difíciles, y a veces imposibles, de tratar.
La resistencia de las bacterias a los antibióticos se atribuye tanto al uso excesivo como al uso indebido de los fármacos antibióticos. El uso excesivo y el uso indebido se refieren principalmente a prescripciones inadecuadas y al uso agrícola extensivo
En el caso de antibióticos comunes como la penicilina, la tetraciclina, la meticilina, la eritromicina, la gentamicina, la vancomicina, el imipemen, la ceftazidima, la levofloxacina, el linezolid, la daptomicina y la ceftrarolina, ciertas cepas bacterianas han mutado y desarrollado resistencia a los antibióticos.
La principal causa del desarrollo de bacterias resistentes a los antibióticos radica en el uso excesivo y abusivo de los fármacos antibióticos. Cada vez que se administran antibióticos a un paciente, se eliminan las bacterias sensibles. Sin embargo, si hay bacterias resistentes, que no son erradicadas por el tratamiento farmacológico, crecen y se multiplican. De este modo, el uso repetido e inadecuado de antibióticos provoca el aumento de bacterias farmacorresistentes.
Las bacterias multirresistentes (MDR) son una grave amenaza para la salud, ya que no responden al tratamiento antibiótico común, que se supone que mata a los gérmenes.
Entre los patógenos grampositivos, una pandemia mundial de especies de S. aureus resistentes (por ejemplo, Staphylococcus aureus resistente a la meticilina; SARM) y Enterococcus representa actualmente la mayor amenaza. Patógenos gramnegativos como Enterobacteriaceae (por ejemplo, Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa y Acinetobacter se están volviendo resistentes a casi todos los antibióticos disponibles.

Antibióticos nanométricos por ultrasonidos

Se sabe que los fármacos de tamaño nanométrico superan a las moléculas farmacológicas de tamaño micrométrico, a menudo por sus mayores tasas de absorción, mayor biodisponibilidad y eficacia superior. Los antibióticos se utilizan ampliamente para tratar infecciones bacterianas. Sin embargo, el rápido desarrollo de cepas bacterianas cada vez más resistentes a los fármacos hace necesario el desarrollo de nuevos medicamentos antibióticos o la modificación de los existentes. La reducción del tamaño de las partículas de antibióticos como la tetraciclina mediante sonicación es una estrategia fácil, rápida y prometedora para mejorar la eficacia de los antibióticos contra cepas de bacterias resistentes y no resistentes.
Más información sobre nanosuspensiones ultrasónicas de principios activos farmacéuticos.

Tetraciclina nanoestructurada por ultrasonidos

Kassirov et al. (2018) trataron la tetraciclina por ultrasonidos para mejorar la eficacia del fármaco contra los patógenos. En su estudio, utilizaron Escherichia coli Nova Blue TcR, una cepa con resistencia a los antibióticos, y E. coli 292-116 (sin resistencia al fármaco). La tetraciclina, un antibiótico común de amplio espectro, se modificó mediante un ultrasonido industrial. UIP1000hdT (Hielscher, Alemania; véase la imagen de la izquierda). El equipo de investigación descubrió que el tratamiento sonoquímico con el UIP1000hdT aumenta la eficacia de las propiedades antibacterianas hasta un 25% contra la cepa resistente y hasta un 100% contra la cepa sensible. Incluso un almacenamiento a largo plazo de la tetraciclina nanoestructurada a +4ºC no reduce las propiedades antimicrobianas.
Los parámetros de procesamiento ultrasónico, como la amplitud, la entrada de energía y el tiempo de sonicación, se determinaron como factores críticos que influyen en el cambio de las propiedades antimicrobianas frente a células sensibles y resistentes.
El tratamiento ultrasónico da lugar a una distribución más uniforme del tamaño de las partículas nanométricas del fármaco, lo que podría conducir a una mayor biodisponibilidad, bioaccesibilidad y, por tanto, eficacia de las moléculas de tetraciclina.
Los datos obtenidos muestran que la modificación sonoquímica de antibióticos puede ser un nuevo enfoque prometedor y barato para el desarrollo de nuevos fármacos eficaces para la terapia antibiótica contra las cepas resistentes a los medicamentos.

Sonicación de tetraciclina con el UIP1000hdT.
A - Espectros FTIR de la tetraciclina "libre"; B - Espectros FTIR de la tetraciclina SN tras 5 min de sonicación; C - Histograma de distribución de tamaños de la tetraciclina "libre"; D – Histograma de distribución de tamaños de la tetraciclina SN tras 5 min de sonicación.
Estudio y figura de Kassirov et al. 2018.

Ventajas de los fármacos nanoestructurados por ultrasonidos

La ultrasonicación ofrece enormes posibilidades para la síntesis de un amplio espectro de materiales nanoestructurados y se utiliza en muchas industrias. La producción por ultrasonidos de fármacos nanométricos, como antibióticos, antivirales y otros medicamentos, es muy prometedora, ya que estos fármacos nanométricos suelen presentar una tasa de absorción, una biodisponibilidad y una eficacia mucho mayores. Por ello, muchas formulaciones farmacéuticas mejoradas utilizan ultrasonidos para nanoestructurar moléculas de fármacos, encapsular fármacos en nanoemulsiones, nano-liposomas, niosomas, nanopartículas de lípidos sólidos (SLN), transportes lipídicos nanoestructurados (NLC) y otros complejos de inclusión de tamaño nanométrico.

El tratamiento ultrasónico de nanomateriales con propiedades antibacterianas también se utiliza para sintetizar materiales nanoestructurados (por ejemplo, nanoplata, nano ZnO) y aplicarlos a tejidos con el fin de fabricar textiles médicos antibacterianos y otros tejidos funcionales. Por ejemplo, se utiliza un proceso ultrasónico de un solo paso para fabricar revestimientos duraderos de tejidos de algodón con nanopartículas antibacterianas de ZnO.

¿Cómo funciona la síntesis ultrasónica de materiales nanoestructurados?

La ultrasonicación y la sonoquímica, que es la aplicación de ultrasonidos de alta potencia a sistemas químicos, se utilizan ampliamente para producir materiales nanométricos de alta calidad (por ejemplo, nanopartículas, nanoemulsiones). La sonicación y la sonoquímica permiten o facilitan la producción de materiales nanométricos de alto rendimiento. La ventaja de la síntesis ultrasónica de nanopartículas es su sencillez y eficacia. Mientras que los métodos alternativos de producción de materiales nanoestructurados requieren altas temperaturas, presiones y/o largos tiempos de reacción, la síntesis ultrasónica permite a menudo una producción fácil, rápida y eficaz de nanomateriales. Tanto los efectos sonoquímicos como los sonomecánicos generados por ultrasonidos de alta intensidad son responsables de la síntesis o funcionalización/modificación de partículas nanométricas. El acoplamiento de ondas ultrasónicas de alta potencia en líquidos produce cavitación acústica: la formación, crecimiento y colapso implosivo de burbujas, y puede clasificarse como sonoquímica primaria (química en fase gaseosa que se produce dentro de las burbujas que colapsan), sonoquímica secundaria (química en fase de solución que se produce fuera de las burbujas) y modificaciones sonomecánicas / físicas (causadas por chorros de líquido de alta velocidad, ondas de choque y/o colisiones entre partículas en lodos). (cf. Hinman y Suslick, 2017) El impacto de la cavitación en las partículas da lugar a la reducción del tamaño, la nanoestructuración (nano-dispersión, nano-emulsificación), así como a la funcionalización y modificación de las partículas.
Más información sobre la molienda por ultrasonidos y la dispersión de partículas.

Sondas ultrasónicas para la síntesis de productos farmacéuticos nanoestructurados

Hielscher Ultrasonic cuenta con una larga experiencia en el diseño, fabricación, distribución y servicio de homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para la industria farmacéutica y alimentaria.
La preparación de nanopartículas de fármacos de alta calidad, liposomas, nanopartículas lipídicas sólidas, nanopartículas poliméricas, complejos de ciclodextrina y vacunas son procesos en los que los sistemas de ultrasonidos de Hielscher se utilizan ampliamente y se valoran por su alta fiabilidad y su rendimiento de calidad superior. Los ultrasonidos de Hielscher permiten un control preciso de todos los parámetros del proceso, como la amplitud, la temperatura, la presión y la energía de sonicación. El software inteligente registra automáticamente todos los parámetros de sonicación (hora, fecha, amplitud, energía neta, energía total, temperatura, presión) en la tarjeta SD integrada. Esto facilita considerablemente el control del proceso y la calidad y ayuda a cumplir las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF).

Mezcladores ultrasónicos para cualquier capacidad de producto

La gama de productos de Hielscher Ultrasonics cubre todo el espectro de procesadores por ultrasonidos, desde compactos ultrasonicadores de laboratorio, pasando por sistemas de sobremesa y piloto, hasta procesadores por ultrasonidos totalmente industriales con capacidad para procesar camiones cargados por hora. La gama completa de productos nos permite ofrecerle el mezclador de cizallamiento por ultrasonidos más adecuado para la capacidad y los objetivos de su proceso. Esto le permite desarrollar y probar su aplicación en un pequeño laboratorio y escalarla después linealmente hasta alcanzar la capacidad de producción. El escalado de un mezclador ultrasónico más pequeño a capacidades de procesamiento mayores es muy sencillo, ya que el proceso de mezclado ultrasónico puede escalarse de forma completamente lineal a partir de sus parámetros de proceso establecidos. La ampliación puede realizarse instalando una unidad de mezcla por ultrasonidos más potente o agrupando varios ultrasonicadores en paralelo.
Los agitadores ultrasónicos también se utilizan para la homogeneización estéril de suspensiones líquido-líquido y sólido-líquido.

Amplitudes elevadas a partículas nanoestructuradas de gran eficacia

Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores ultrasónicos industriales pueden suministrar amplitudes muy elevadas. Amplitudes de hasta 200µm pueden funcionar fácilmente de forma continua en funcionamiento 24/7. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. Los sonotrodos ultrasónicos (bocinas, sondas) y los reactores son autoclavables. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes.

Pruebas fáciles y sin riesgos

Los procesos ultrasónicos pueden escalarse de forma completamente lineal. Esto significa que todos los resultados obtenidos con un ultrasonido de laboratorio o de sobremesa pueden escalarse hasta obtener exactamente el mismo resultado con los mismos parámetros de proceso. Esto hace que la ultrasonicación sea ideal para el desarrollo de productos y su posterior aplicación en la fabricación comercial.

Máxima calidad – Diseñado y fabricado en Alemania

Como empresa de propiedad y gestión familiar, Hielscher prioriza los más altos estándares de calidad para sus procesadores por ultrasonidos. Todos los equipos de ultrasonidos se diseñan, fabrican y prueban exhaustivamente en nuestra sede de Teltow, cerca de Berlín (Alemania). La robustez y fiabilidad de los equipos de ultrasonidos de Hielscher los convierten en un caballo de batalla en su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica natural de los ultrasonicadores de alto rendimiento de Hielscher.

Puede adquirir los procesadores por ultrasonidos de Hielscher en cualquier tamaño y configurados exactamente según los requisitos de su proceso. Desde el tratamiento de fluidos en un pequeño vaso de laboratorio hasta la mezcla continua de lodos y pastas a nivel industrial, Hielscher Ultrasonics le ofrece el homogeneizador de alto rendimiento adecuado. Póngase en contacto con nosotros – estaremos encantados de recomendarle la configuración ultrasónica ideal.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores: