Antibiootikumide ultraheli nanostruktureerimine

Antibiootikumide ultraheliga toetatud tootmine võib suurendada nende tõhusust, isegi ravimiresistentsete bakterite vastu: Antibiootikumiresistentsete bakteritüvede kasvav arv on endiselt lahendamata probleem, mis muudab bakteriaalsed infektsioonid, mida on viimastel aastakümnetel antibiootikumidega edukalt ravitud, taas ülemaailmseks terviseohuks. Antibiootikumide ultraheli nanostruktureerimine on paljutõotav meetod antibiootikumide, näiteks tetratsükliini, tõhususe suurendamiseks ravimiresistentsete bakterite vastu.

Antibiootikumid ja antibiootikumiresistentsed bakterid

Antibiootikumiresistentsus tekib siis, kui mikroobid, näiteks bakterid ja seened, arendavad välja võime ületada neid hävitama mõeldud ravimite toime. See tähendab, et mikroobid ei hukku ja jätkavad kasvamist. Antibiootikumiresistentsete mikroobide põhjustatud infektsioone on raske ja mõnikord võimatu ravida.
Bakterite antibiootikumiresistentsust seostatakse antibiootikumide liigtarvitamise ja väärkasutamisega. Liigtarvitamine ja väärkasutamine tähendavad peamiselt sobimatuid retsepte ja ulatuslikku kasutamist põllumajanduses
Tavaliste antibiootikumide, nagu penicilin, tetratsükliin, metitsilliin, erütromütsiin, gentamütsiin, vankomütsiin, imipemen, keftasidiim, levofloksatsiin, linesoliid, daptomütsiin ja ceftraroline, suhtes on teatud bakteritüved mutatsioonide tõttu välja arendanud antibiootikumiresistentsuse.
Antibiootikumiresistentsete bakterite tekke peamine põhjus on antibiootikumide liigtarvitamine ja väärkasutamine. Iga kord, kui patsiendile manustatakse antibiootikume, hukkuvad tundlikud bakterid. Kui aga esineb resistentseid baktereid, mida ravimiravi ei hävita, siis need kasvavad ja paljunevad. Seega põhjustab antibiootikumide korduv ja ebaõige kasutamine ravimiresistentsete bakterite arvu suurenemist.
Mitmele ravimile resistentsed (MDR) bakterid kujutavad endast tõsist terviseohtu, kuna nad ei reageeri tavapärasele antibiootikumravile, mis peaks mikroobid hävitama.
Grampositiivsete patogeenide hulgas kujutab praegu suurimat ohtu resistentse S. aureus’e (nt metitsilliiniresistentne Staphylococcus aureus; MRSA) ja Enterococcus’e liikide ülemaailmne pandeemia. Gramnegatiivsed patogeenid, nagu Enterobacteriaceae (nt Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa ja Acinetobacter, muutuvad resistentseks peaaegu kõigi saadaolevate antibiootikumivalikute suhtes.

Ultraheliga nanosuuruseks muudetud antibiootikumid

Nanosuuruses ravimid on teadaolevalt sageli paremad kui mikronisuuruses ravimimolekulid tänu suuremale imendumiskiirusele, kõrgemale biosaadavusele ja suuremale tõhususele. Antibiootikume kasutatakse laialdaselt bakteriaalsete infektsioonide raviks. Üha rohkemate ravimiresistentsete bakteritüvede kiire areng muudab aga vajalikuks uute antibiootikumide väljatöötamise või olemasolevate muutmise. Antibiootikumide, näiteks tetratsükliini, osakeste suuruse vähendamine ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) on lihtne, kiire ja paljutõotav strateegia antibiootikumide tõhususe parandamiseks nii mitteresistentsete kui ka resistentsete bakteritüvede vastu.
Lugege lähemalt farmatseutiliste toimeainete ultraheli nanosuspensioonide kohta!

Ultraheliga nanostruktureeritud tetratsükliin

Kassirov jt (2018) töötlesid tetratsükliini ultraheliga, et parandada ravimi tõhusust patogeenide vastu. Oma uuringus kasutasid nad Escherichia coli Nova Blue TcR-i, antibiootikumiresistentset tüve, ja E. coli 292–116 (ilma ravimiresistentsuseta). Tetratsükliini, levinud laia toimespektriga antibiootikumi, modifitseeriti tööstusliku ultraheliseadme abil UIP1000hdT (Hielscher, Saksamaa; vt pilti vasakul). Uurimisrühm leidis, et sonokeemiline töötlus seadmega UIP1000hdT suurendab antibakteriaalsete omaduste toimet kuni 25% resistentse tüve vastu ja kuni 100% tundliku tüve vastu. Isegi nanostruktureeritud tetratsükliini pikaajaline säilitamine temperatuuril +4ºC ei vähenda antimikroobseid omadusi.
Ultraheli töötlemise parameetrid, nagu amplituud, energiasisend ja ultraheli töötluse (sonikeerimise) aeg, tuvastati kriitiliste teguritena, mis mõjutavad antimikroobsete omaduste muutust nii tundlike kui ka resistentsete rakkude vastu.
Ultraheli töötlus annab nanosuuruses ravimiosakeste ühtlasema osakeste suurusjaotuse, mis võib viia tetratsükliini molekulide suurema biosaadavuse, bioakumuleeritavuse ja seeläbi suurema toimeni.
Saadud andmed näitavad, et antibiootikumide sonokeemiline modifitseerimine võib olla uus paljutõotav ja odav lähenemisviis uute ravimite väljatöötamisele, mis on tõhusad antibiootikumravis ravimiresistentsete tüvede vastu.

Tetratsükliini ultraheli töötlus (sonikeerimine) seadmega UIP1000hdT.
A – „vaba“ tetratsükliini FTIR-spektrid; B – SN tetratsükliini FTIR-spektrid pärast 5 min ultraheli töötlust (sonikeerimist); C – „vaba“ tetratsükliini suurusjaotuse histogramm; D – SN tetratsükliini suurusjaotuse histogramm pärast 5 min ultraheli töötlust (sonikeerimist).
Uuring ja joonis: Kassirov et al. 2018.

Ultraheli abil nanostruktureeritud ravimite eelised

Ultraheli töötlus pakub tohutuid võimalusi lai valik nanostruktureeritud materjalide sünteesiks ja seda kasutatakse paljudes tööstusharudes. Nanosuuruses ravimite, nagu antibiootikumid, viirusevastased ained ja muud ravimid, ultraheli abil tootmine on väga paljulubav, kuna nendel nanosuuruses ravimitel on sageli oluliselt suurem imendumiskiirus, biosaadavus ja toime. Seetõttu hõlmavad paljud täiustatud ravimiformulatsioonid ultraheli töötlust, et nanostruktureerida ravimimolekule, kapseldada ravimeid nanoemulsioonidesse, nanoliposoomidesse, niosoomidesse, tahke-lipiidsetesse nanoosakestesse (SLN-id), nanostruktureeritud lipiidikandjatesse (NLC-d) ja muudesse nanosuuruses inklusioonikomplekssidesse.

Antibakteriaalsete omadustega nanomaterjalide ultraheli töötlust kasutatakse ka nanostruktureeritud materjalide (nt nanohõbe, nano-ZnO) sünteesimiseks ja nende kandmiseks tekstiilidele, et valmistada antibakteriaalseid meditsiinilisi tekstiile ja muid funktsionaalseid kangaid. Näiteks kasutatakse ühe sammuga ultraheliprotsessi puuvillakangaste vastupidavate kattekihtide valmistamiseks antibakteriaalsete ZnO nanoosakestega.

Kuidas toimib nanostruktureeritud materjalide ultraheli süntees?

Ultraheli töötlus ja sonokeemia, s.o kõrgvõimsusliku ultraheli rakendamine keemilistes süsteemides, on laialdaselt kasutusel kvaliteetsete nanomõõtmeliste materjalide tootmiseks (nt nanoosakesed, nanoemulsioonid). Ultraheli töötlus ja sonokeemia võimaldavad või hõlbustavad suure jõudlusega nanomõõtmeliste materjalide tootmist. Nanoosakeste ultraheli süntees on eelkõige lihtne ja tõhus. Kui alternatiivsed nanostruktuursete materjalide tootmismeetodid nõuavad kõrgeid ruumalatemperatuure, kõrgeid rõhke ja/või pikki reaktsiooniaegu, siis ultraheli süntees võimaldab nanomaterjale sageli toota lihtsalt, kiiresti ja tõhusalt. Nanomõõtmeliste osakeste sünteesi või funktsionaliseerimise/modifitseerimise eest vastutavad nii sonokeemilised kui ka sonomehaanilised efektid, mida tekitab kõrge intensiivsusega ultraheli. Kõrgvõimsuslike ultrahelilainete sidumine vedelikesse põhjustab akustilist kavitatsiooni: mullide teket, kasvu ja implosiivset kollapsit; seda saab liigitada primaarseks sonokeemiaks (gaasifaasi keemia, mis toimub kollabeeruvate mullide sees), sekundaarseks sonokeemiaks (lahusefaasi keemia, mis toimub mullide väljaspool) ning sonomehaanilisteks / füüsikalisteks modifikatsioonideks (mida põhjustavad suure kiirusega vedelikujoad, lööklained ja/või osakestevahelised kokkupõrked suspensioonides). (vrd Hinman ja Suslick, 2017) Kavitatsiooni mõju osakestele toob kaasa osakeste suuruse vähenemise, nanostruktureerimise (nanodispergeerimine, nanoemulgeerimine) ning osakeste funktsionaliseerimise ja modifitseerimise.
Loe lähemalt osakeste ultraheli jahvatamise ja dispergeerimise kohta!

Ultraheli sondid nanostruktuursete ravimite sünteesiks

Hielscher Ultrasonic omab pikaajalist kogemust kõrge jõudlusega ultraheli homogenisaatorite projekteerimisel, tootmisel, turustamisel ja hooldamisel farmaatsia- ja toidutööstuse jaoks.
Kvaliteetsete nanomõõtmeliste ravimiosakeste, liposoomide, tahkete lipiidsete nanoosakeste, polümeersete nanoosakeste, tsüklodekstriini komplekside ja vaktsiinide valmistamine on protsessid, milles Hielscheri ultraheli süsteeme kasutatakse laialdaselt ja mida hinnatakse nende suure töökindluse ja ülimalt kvaliteetse tulemuse eest. Hielscheri sonikaatorid võimaldavad täpselt kontrollida kõiki protsessiparameetreid, nagu amplituud, temperatuur, rõhk ja ultraheli töötluse energia. Intelligentne tarkvara salvestab automaatselt kõik ultraheli töötluse parameetrid (aeg, kuupäev, amplituud, netoenergia, koguenergia, temperatuur, rõhk) sisseehitatud SD-kaardile. See lihtsustab oluliselt protsessi- ja kvaliteedikontrolli ning aitab täita head tootmistava (GMP).

Ultraheli segistid igale tootemahule

Hielscher Ultrasonicsi tootevalik hõlmab ultraheli protsessorite kogu spektrit: kompaktsetest laboratoorsetest sonikaatoritest lauaseadmete ja pilootsüsteemideni ning täielikult tööstuslike ultraheli protsessoriteni, mis suudavad töödelda veoautokoormaid tunnis. Täielik tootevalik võimaldab pakkuda teile teie protsessi mahule ja eesmärkidele kõige sobivama ultraheli nihkejõu segisti. See võimaldab teil oma rakendust arendada ja katsetada väikeses laboratoorses mõõtkavas ning seejärel skaleerida seda lineaarselt tootmismahuni. Üleminek väiksemalt ultraheli segistilt suurematele töötlemismahtudele on väga lihtne, kuna ultraheli segamisprotsessi saab teie kindlaksmääratud protsessiparameetritest lähtudes täielikult lineaarselt skaleerida. Skaleerimist saab teha kas võimsama ultraheli segisti ühiku paigaldamise või mitme sonikaatori paralleelse klastrisse ühendamise teel.
Ultraheli segajaid kasutatakse ka vedelik-vedelik ja tahke aine-vedelik suspensioonide steriilseks homogeniseerimiseks.

Kõrged amplituudid osakeste nanostruktureerimiseks kõrge tõhususega

Hielscher Ultrasonics’i tööstuslikud ultraheliprotsessorid suudavad pakkuda väga suuri amplituude. Kuni 200µm amplituudidega saab hõlpsasti pidevalt töötada ööpäevaringses 24/7 režiimis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Ultraheli sonotroodid (sarved, sondid) ja reaktorid on autoklaaviitavad. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 töötada suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades.

Lihtne ja riskivaba katsetamine

Ultraheliprotsesse saab skaleerida täielikult lineaarselt. See tähendab, et iga tulemuse, mille olete saavutanud laboratoorse või lauaseadme tüüpi sonikaatoriga, saab skaleerida täpselt samale väljundile, kasutades täpselt samu protsessiparameetreid. See muudab ultraheli töötluse ideaalseks toote arendamiseks ja sellele järgnevaks rakendamiseks kaubanduslikus tootmises.

Kõrgeim kvaliteet – kavandatud ja toodetud Saksamaal

Perefirmana, mida omavad ja juhivad pereliikmed, seab Hielscher oma ultraheliprotsessorite puhul esikohale kõrgeimad kvaliteedistandardid. Kõik sonikaatorid kavandatakse, toodetakse ja testitakse põhjalikult meie peakontoris Teltowis Berliini lähedal Saksamaal. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus ja usaldusväärsus muudavad need teie tootmise tööhobuseks. 24/7 töö täiskoormusel ja nõudlikes keskkondades on Hielscheri suure jõudlusega sonikaatorite loomulik omadus.

Hielscheri ultraheliprotsessoreid saate osta mis tahes suuruses ja täpselt teie protsessinõuetele vastavalt konfigureeritult. Alates vedelike töötlemisest väikeses laborikeeduklaasis kuni suspensioonide ja pastade pideva läbivoolusegamiseni tööstuslikul tasemel – Hielscher Ultrasonics pakub teile sobivat suure jõudlusega homogenisaatorit! Palun võtke meiega ühendust – soovitame hea meelega teile ideaalset ultraheliseadistust!

Allolev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlemismahust: