نانوساختاردهی آنتی‌بیوتیک‌ها با فراصوت
تولید آنتی‌بیوتیک‌ها به کمک فراصوت می‌تواند اثربخشی آن‌ها را حتی در برابر باکتری‌های مقاوم به دارو افزایش دهد: افزایش تعداد سویه‌های باکتریایی مقاوم به آنتی‌بیوتیک همچنان مشکلی حل‌نشده است که عفونت‌های باکتریایی را، که طی دهه‌های گذشته با موفقیت با آنتی‌بیوتیک‌ها درمان می‌شدند، بار دیگر به تهدیدی جهانی برای سلامت تبدیل می‌کند. نانوساختاردهی آنتی‌بیوتیک‌ها با فراصوت، روشی امیدبخش برای افزایش اثربخشی آنتی‌بیوتیک‌هایی مانند تتراسایکلین در برابر باکتری‌های مقاوم به دارو است.
آنتی‌بیوتیک‌ها و باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک
مقاومت به آنتی‌بیوتیک زمانی رخ می‌دهد که میکروب‌هایی مانند باکتری‌ها و قارچ‌ها توانایی مقابله با داروهایی را پیدا کنند که برای کشتن آن‌ها طراحی شده‌اند. این یعنی میکروب‌ها کشته نمی‌شوند و به رشد خود ادامه می‌دهند. درمان عفونت‌های ناشی از میکروب‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک دشوار و گاهی ناممکن است.
مقاومت باکتری‌ها به آنتی‌بیوتیک به مصرف بیش‌ازحد و نیز مصرف نادرست داروهای آنتی‌بیوتیکی نسبت داده می‌شود. منظور از مصرف بیش‌ازحد و نادرست، عمدتاً تجویزهای نامناسب و استفادهٔ گسترده در کشاورزی است.
در مورد آنتی‌بیوتیک‌های رایجی مانند پنی‌سیلین، تتراسایکلین، متی‌سیلین، اریترومایسین، جنتامایسین، وانکومایسین، ایمی‌پنم، سفتازیدیم، لووفلوکساسین، لینزولید، داپتومایسین و سفتارولین، برخی سویه‌های باکتریایی دچار جهش شده و به آنتی‌بیوتیک مقاومت پیدا کرده‌اند.
علت اصلی پیدایش باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک، مصرف بیش‌ازحد و نادرست داروهای آنتی‌بیوتیکی است. هر بار که به بیمار آنتی‌بیوتیک داده می‌شود، باکتری‌های حساس کشته می‌شوند. بااین‌حال، اگر باکتری‌های مقاومی وجود داشته باشند که با درمان دارویی از بین نروند، رشد و تکثیر می‌کنند. بنابراین، استفادهٔ مکرر و نامناسب از آنتی‌بیوتیک‌ها باعث افزایش باکتری‌های مقاوم به دارو می‌شود.
باکتری‌های مقاوم به چند دارو (MDR) تهدیدی جدی برای سلامت هستند، زیرا به درمان‌های رایج آنتی‌بیوتیکی که قرار است میکروب‌ها را بکشند، پاسخ نمی‌دهند.
در میان عوامل بیماری‌زای گرم‌مثبت، همه‌گیری جهانی S. aureus مقاوم (برای مثال، Staphylococcus aureus مقاوم به متی‌سیلین؛ MRSA) و گونه‌های Enterococcus در حال حاضر بزرگ‌ترین تهدید را ایجاد می‌کند. عوامل بیماری‌زای گرم‌منفی مانند Enterobacteriaceae (برای مثال، Klebsiella pneumoniae)، Pseudomonas aeruginosa و Acinetobacter در حال مقاوم‌شدن به تقریباً تمام گزینه‌های دارویی آنتی‌بیوتیکی موجود هستند.
UIP1000hdT – پردازشگر فراصوتی قدرتمند با توان 1kW برای نانوساختاردهی آنتی‌بیوتیک‌هایی مانند تتراسایکلین به‌منظور افزایش اثربخشی آن‌ها در برابر باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک
آنتی‌بیوتیک‌های ریزشده تا ابعاد نانو با فراصوت
داروهای دارای ابعاد نانو اغلب به‌دلیل سرعت جذب بیشتر، فراهمی زیستی بالاتر و اثربخشی بهتر، نسبت به مولکول‌های دارویی با ابعاد میکرونی برتری دارند. آنتی‌بیوتیک‌ها به‌طور گسترده برای درمان عفونت‌های باکتریایی استفاده می‌شوند. بااین‌حال، پیدایش سریع سویه‌های هرچه بیشتری از باکتری‌های مقاوم به دارو، توسعهٔ داروهای آنتی‌بیوتیکی جدید یا اصلاح داروهای موجود را ضروری می‌کند. کاهش اندازهٔ ذرات آنتی‌بیوتیک‌هایی مانند تتراسایکلین از طریق فراصوت‌دهی، راهبردی آسان، سریع و امیدبخش برای بهبود اثربخشی آنتی‌بیوتیک‌ها در برابر سویه‌های باکتریایی غیرمقاوم و مقاوم است.
دربارهٔ نانوسوسپانسیون‌های فراصوتی مواد مؤثرهٔ دارویی (APIs) بیشتر بخوانید!
تتراسایکلین نانوساختاریافته با فراصوت
Kassirov et al. (2018) برای بهبود اثربخشی تتراسایکلین در برابر عوامل بیماری‌زا، آن را تحت تیمار فراصوتی قرار دادند. آن‌ها در مطالعهٔ خود از Escherichia coli Nova Blue TcR، سویه‌ای مقاوم به آنتی‌بیوتیک، و E. coli 292–116 (فاقد مقاومت دارویی) استفاده کردند. تتراسایکلین، آنتی‌بیوتیکی رایج و وسیع‌الطیف، با استفاده از سونیکاتور صنعتی اصلاح شد: UIP1000hdT (Hielscher، آلمان؛ تصویر سمت چپ را ببینید). گروه پژوهشی دریافت که تیمار سونوشیمیایی با UIP1000hdT اثربخشی خواص ضدباکتریایی را در برابر سویهٔ مقاوم تا 25% و در برابر سویهٔ حساس تا 100% افزایش می‌دهد. حتی نگهداری طولانی‌مدت تتراسایکلین نانوساختاریافته در دمای +4ºC نیز خواص ضدمیکروبی را کاهش نمی‌دهد.
پارامترهای پردازش فراصوتی مانند دامنه، انرژی ورودی و زمان فراصوت‌دهی، عوامل تعیین‌کننده‌ای شناخته شدند که بر تغییر خواص ضدمیکروبی در برابر هر دو نوع سلول حساس و مقاوم تأثیر می‌گذارند.
تیمار فراصوتی به توزیع یکنواخت‌تر اندازهٔ ذرات دارویی در ابعاد نانو منجر می‌شود؛ این امر ممکن است فراهمی زیستی، دسترس‌پذیری زیستی و در نتیجه اثربخشی مولکول‌های تتراسایکلین را افزایش دهد.
داده‌های به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که اصلاح سونوشیمیایی آنتی‌بیوتیک‌ها می‌تواند رویکردی جدید، امیدبخش و کم‌هزینه برای توسعهٔ داروهای جدیدی باشد که در آنتی‌بیوتیک‌درمانی علیه سویه‌های مقاوم به دارو مؤثرند.
فراصوت‌دهی تتراسایکلین با UIP1000hdT.
A – طیف‌های FTIR تتراسایکلین «آزاد»؛ B – طیف‌های FTIR تتراسایکلین SN پس از 5 min فراصوت‌دهی؛ C – هیستوگرام توزیع اندازهٔ تتراسایکلین «آزاد»؛ D – هیستوگرام توزیع اندازهٔ تتراسایکلین SN پس از 5 min فراصوت‌دهی.
مطالعه و شکل از Kassirov et al. 2018.
پردازشگر فراصوتی UIP2000hdT (2kW) همراه با راکتور ناپیوسته
مزایای داروهای نانوساختاریافته با فراصوت
فراصوت‌دهی امکانات بسیار گسترده‌ای برای سنتز طیف وسیعی از مواد نانوساختاریافته فراهم می‌کند و در صنایع بسیاری کاربرد دارد. تولید فراصوتی داروهای دارای ابعاد نانو مانند آنتی‌بیوتیک‌ها، داروهای ضدویروس و سایر داروها بسیار امیدبخش است، زیرا این داروهای نانومقیاس اغلب سرعت جذب، فراهمی زیستی و اثربخشی به‌مراتب بالاتری دارند. ازاین‌رو، در بسیاری از فرمولاسیون‌های دارویی بهبودیافته از فراصوت‌دهی برای نانوساختاردهی مولکول‌های دارو و کپسوله‌سازی داروها در نانوامولسیون‌ها، نانولیپوزوم‌ها، نیوزوم‌ها، نانوذرات لیپیدی جامد (SLNs)، حامل‌های لیپیدی نانوساختاریافته (NLCs) و سایر کمپلکس‌های درون‌گیر با ابعاد نانو استفاده می‌شود.
- نانوامولسیون‌های فراصوتی
- لیپوزوم‌های فراصوتی
- نیوزوم‌های فراصوتی
- نانوذرات لیپیدی جامد فراصوتی (SLNs)
- حامل‌های لیپیدی نانوساختاریافتهٔ فراصوتی (NLCs)
- تشکیل کمپلکس‌های درون‌گیر با فراصوت
- نانوذرات آلاییده و عامل‌دارشده با فراصوت
- فرمولاسیون‌های فراصوتی واکسن
- فرمولاسیون واکسن داخل‌بینی با فراصوت
تیمار فراصوتی نانومواد دارای خواص ضدباکتریایی همچنین برای سنتز مواد نانوساختاریافته (مانند نانونقره و نانو ZnO) و اعمال آن‌ها بر منسوجات، به‌منظور تولید منسوجات پزشکی ضدباکتری و سایر پارچه‌های عملکردی به کار می‌رود. برای نمونه، از یک فرایند فراصوتی تک‌مرحله‌ای برای ایجاد پوشش‌های بادوام از نانوذرات ضدباکتریایی ZnO بر پارچه‌های پنبه‌ای استفاده می‌شود.
- کاهش اندازهٔ ذرات با عملکرد بالا
- کنترل دقیق پارامترهای فرایند
- فرایند سریع
- غیرحرارتی، با کنترل دقیق دما
- مقیاس‌پذیری خطی
- تکرارپذیری
- استانداردسازی فرایند / GMP
- پروب‌ها و راکتورهای قابل اتوکلاو
- CIP / SIP
- کنترل دقیق اندازهٔ ذرات و کپسوله‌سازی
- بارگذاری دارویی بالای مواد مؤثره
سنتز فراصوتی مواد نانوساختاریافته چگونه انجام می‌شود؟
فراصوت‌دهی و سونوشیمی، یعنی کاربرد فراصوت پرتوان در سامانه‌های شیمیایی، به‌طور گسترده برای تولید مواد نانومقیاس باکیفیت (مانند نانوذرات و نانوامولسیون‌ها) استفاده می‌شوند. فراصوت‌دهی و سونوشیمی تولید مواد نانومقیاس با عملکرد بالا را امکان‌پذیر یا تسهیل می‌کنند. مزیت سنتز فراصوتی نانوذرات، سادگی و اثربخشی آن است. درحالی‌که روش‌های جایگزین تولید مواد نانوساختاریافته به دمای بالا در تودهٔ ماده، فشار بالا و / یا زمان واکنش طولانی نیاز دارند، سنتز فراصوتی اغلب تولید آسان، سریع و کارآمد نانومواد را ممکن می‌سازد. هر دو نوع اثر سونوشیمیایی و سونومکانیکی ناشی از فراصوت با شدت بالا، در سنتز یا عامل‌دارسازی/اصلاح ذرات نانومقیاس نقش دارند. انتقال امواج فراصوت پرتوان به درون مایعات به کاویتاسیون آکوستیکی منجر می‌شود: تشکیل، رشد و فروپاشی انفجاریِ رو به داخل حباب‌ها. آثار حاصل را می‌توان به سونوشیمی اولیه (واکنش‌های شیمیایی فاز گاز درون حباب‌های در حال فروپاشی)، سونوشیمی ثانویه (واکنش‌های شیمیایی فاز محلول در خارج از حباب‌ها) و تغییرات سونومکانیکی / فیزیکی (ناشی از جت‌های مایع پرسرعت، امواج ضربه‌ای و/یا برخوردهای بین‌ذره‌ای در دوغاب‌ها) دسته‌بندی کرد. (رجوع کنید به Hinman and Suslick, 2017) اثر کاویتاسیون بر ذرات به کاهش اندازه، نانوساختاردهی (نانوپراکنش، نانوامولسیون‌سازی) و نیز عامل‌دارسازی و اصلاح ذرات منجر می‌شود.
دربارهٔ آسیاب‌کردن و پراکنده‌سازی ذرات با فراصوت بیشتر بخوانید!
پروب‌های فراصوتی برای سنتز داروهای نانوساختاریافته
Hielscher Ultrasonic در طراحی، ساخت، توزیع و ارائهٔ خدمات هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا برای صنایع دارویی و غذایی، تجربه‌ای طولانی دارد.
تهیهٔ ذرات دارویی نانومقیاس باکیفیت، لیپوزوم‌ها، نانوذرات لیپیدی جامد، نانوذرات پلیمری، کمپلکس‌های سیکلودکسترین و واکسن‌ها از جمله فرایندهایی هستند که سامانه‌های فراصوتی Hielscher در آن‌ها کاربرد گسترده دارند و به‌دلیل قابلیت اطمینان بالا و کیفیت برتر محصول خروجی، ارزشمند شمرده می‌شوند. سونیکاتورهای Hielscher امکان کنترل دقیق تمام پارامترهای فرایند مانند دامنه، دما، فشار و انرژی فراصوت‌دهی را فراهم می‌کنند. نرم‌افزار هوشمند، تمام پارامترهای فراصوت‌دهی (زمان، تاریخ، دامنه، انرژی خالص، انرژی کل، دما، فشار) را به‌طور خودکار روی کارت SD تعبیه‌شده در دستگاه ثبت می‌کند. این قابلیت، کنترل فرایند و کیفیت را به‌طور چشمگیری تسهیل می‌کند و به رعایت اصول تولید خوب (GMP) کمک می‌کند.
میکسرهای فراصوتی برای هر ظرفیت تولید
مجموعهٔ محصولات Hielscher Ultrasonics تمام طیف پردازشگرهای فراصوتی را پوشش می‌دهد؛ از سونیکاتورهای آزمایشگاهی جمع‌وجور و سامانه‌های رومیزی و پایلوت گرفته تا پردازشگرهای فراصوتی کاملاً صنعتی با ظرفیت پردازش چندین بار کامیون در ساعت. این مجموعهٔ کامل محصولات به ما امکان می‌دهد مناسب‌ترین میکسر برشی فراصوتی را برای ظرفیت و اهداف فرایند شما ارائه کنیم. به‌این‌ترتیب می‌توانید کاربرد موردنظرتان را در مقیاس کوچک آزمایشگاهی توسعه دهید و آزمایش کنید و سپس مقیاس آن را به‌صورت خطی تا ظرفیت تولید افزایش دهید. افزایش مقیاس از یک میکسر فراصوتی کوچک‌تر به ظرفیت‌های پردازش بالاتر بسیار ساده است، زیرا فرایند اختلاط فراصوتی را می‌توان بر پایهٔ پارامترهای تثبیت‌شدهٔ فرایند شما به‌صورت کاملاً خطی مقیاس‌افزایی کرد. افزایش مقیاس را می‌توان با نصب یک واحد میکسر فراصوتی پرتوان‌تر یا با آرایش چند سونیکاتور به‌صورت موازی انجام داد.
همزن‌های فراصوتی برای همگن‌سازی استریل سوسپانسیون‌های مایع–مایع و جامد–مایع نیز به کار می‌روند.
دامنه‌های بالا برای نانوساختاردهی ذرات با بازده بالا
پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher Ultrasonics می‌توانند دامنه‌های بسیار بالایی ایجاد کنند. کارکرد پیوسته با دامنه‌هایی تا 200µm در حالت 24/7 به‌آسانی امکان‌پذیر است. برای دامنه‌های بالاتر نیز سونوتْرودهای فراصوتی سفارشی موجودند. سونوتْرودهای فراصوتی (هورن‌ها، پروب‌ها) و راکتورها قابل اتوکلاو هستند. استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher امکان کارکرد 24/7 را تحت شرایط کاری سنگین و در محیط‌های دشوار فراهم می‌کند.
آزمایش آسان و بدون ریسک
فرایندهای فراصوتی را می‌توان به‌صورت کاملاً خطی مقیاس‌افزایی کرد. این یعنی هر نتیجه‌ای که با استفاده از یک سونیکاتور آزمایشگاهی یا رومیزی به دست آورده‌اید، با استفاده از دقیقاً همان پارامترهای فرایند، در مقیاس بالاتر با دقیقاً همان خروجی قابل دستیابی است. این ویژگی، فراصوت‌دهی را برای توسعهٔ محصول و اجرای بعدی آن در تولید تجاری ایدئال می‌کند.
بالاترین کیفیت – طراحی و ساخت در آلمان
Hielscher به‌عنوان شرکتی با مالکیت و مدیریت خانوادگی، بالاترین استانداردهای کیفیت را برای پردازشگرهای فراصوتی خود در اولویت قرار می‌دهد. تمام سونیکاتورها در دفتر مرکزی ما در تلتو، نزدیک برلین در آلمان، طراحی و ساخته می‌شوند و تحت آزمایش‌های کامل قرار می‌گیرند. استحکام و قابلیت اطمینان تجهیزات فراصوتی Hielscher، آن‌ها را به تجهیزاتی سخت‌کوش در خط تولید شما تبدیل می‌کند. کارکرد 24/7 تحت بار کامل و در محیط‌های دشوار، ویژگی ذاتی سونیکاتورهای پربازده Hielscher است.
می‌توانید پردازشگرهای فراصوتی Hielscher را در اندازه‌های گوناگون و با پیکربندی دقیقاً متناسب با نیازهای فرایند خود خریداری کنید. از تیمار سیالات در یک بشر کوچک آزمایشگاهی تا اختلاط پیوستهٔ دوغاب‌ها و خمیرها در مسیر جریان در مقیاس صنعتی، Hielscher Ultrasonics هموژنایزری مناسب با عملکرد بالا برای شما ارائه می‌کند! با ما تماس بگیرید – خوشحال می‌شویم سامانهٔ فراصوتی ایدئال را به شما پیشنهاد کنیم!
UP400St – پردازشگر فراصوتی قدرتمند با توان 400W برای کاربردهای سونوشیمیایی
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما را نشان می‌دهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از دستگاه‌های UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا برای کاربردهای اختلاط، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی و استخراج در مقیاس آزمایشگاهی، پایلوت و صنعتی تولید می‌کند.
منابع علمی / مراجع
- Kassirov I.S., Ulasevich S.A., Skorb E.V., Koshel E.I. (2018): Sonochemical Nanostructuring of Antibiotics is a New Approach to Increasing their Effectiveness Against Resistant Strains. Russian Journal of Infection and Immunity. 2018;8(4):604.
- Reza Kazemi Oskuee, Azhar Banikamali, Bibi Sedigheh Fazly Bazzaz, Hasan Ali Hosseini, Majid Darroudi (2016): Honey-Based and Ultrasonic-Assisted Synthesis of Silver Nanoparticles and Their Antibacterial Activities. Journal of Nanoscience and Nanotechnology Vol. 16, 7989–7993, 2016.
- Hinman, J.J., Suslick, K.S. Nanostructured Materials Synthesis Using Ultrasound. Top Curr Chem (Z) 375, 12 (2017).
- Ventola, C.L. (2015): The Antibiotic Resistance Crisis – Part 1: Causes and Threats. Pharmacy & Therapeutics 2015 Apr; 40(4): 277–283.