Nanostructuration ultrasonique des antibiotiques

La production d'antibiotiques assistée par ultrasons peut accroître leur efficacité, même contre les bactéries résistantes aux médicaments : Le nombre croissant de souches bactériennes résistantes aux antibiotiques est un problème qui n'a toujours pas été résolu et qui fait que les infections bactériennes, qui ont été traitées avec succès par des antibiotiques au cours des dernières décennies, constituent à nouveau une menace pour la santé mondiale. La nano-structuration ultrasonique des antibiotiques est une technique prometteuse pour accroître l'efficacité des antibiotiques tels que la tétracycline contre les bactéries résistantes aux médicaments.

Antibiotiques et bactéries résistantes aux antibiotiques

La résistance aux antibiotiques survient lorsque des germes comme les bactéries et les champignons développent la capacité de déjouer les médicaments conçus pour les tuer. Cela signifie que les germes ne sont pas tués et continuent à se développer. Les infections causées par des germes résistants aux antibiotiques sont difficiles, voire impossibles, à traiter.
La résistance des bactéries aux antibiotiques est attribuée à la sur-utilisation et à la mauvaise utilisation des médicaments antibiotiques. La surutilisation et l'utilisation abusive se réfèrent principalement à des prescriptions inappropriées et à l'utilisation agricole extensive.
Pour les antibiotiques courants tels que la péniciline, la tétracycline, la méthicilline, l'érythromycine, la gentamicine, la vancomycine, l'imipemen, la ceftazidime, la lévofloxacine, le linézolide, la daptomycine et la céftraroline, certaines souches bactériennes ont muté et développé une résistance aux antibiotiques.
La principale cause du développement des bactéries résistantes aux antibiotiques réside dans l'utilisation excessive et abusive des médicaments antibiotiques. Chaque fois qu'un patient reçoit des antibiotiques, les bactéries sensibles sont tuées. Cependant, s'il existe des bactéries résistantes, qui ne sont pas éradiquées par le traitement médicamenteux, elles se développent et se multiplient. Ainsi, l'utilisation répétée et inappropriée d'antibiotiques entraîne l'augmentation des bactéries résistantes aux médicaments.
Les bactéries multirésistantes (MDR) constituent une menace sérieuse pour la santé car elles ne répondent pas aux traitements antibiotiques courants, qui sont censés tuer les germes.
Parmi les pathogènes à Gram positif, une pandémie mondiale de S. aureus résistants (par exemple, Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline ; SARM) et d'espèces d'Enterococcus constitue actuellement la plus grande menace. Les pathogènes à Gram négatif tels que les entérobactéries (par exemple Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa et Acinetobacter deviennent résistants à la quasi-totalité des antibiotiques disponibles.

Antibiotiques nanométriques par ultrasons

Les produits pharmaceutiques de taille nanométrique sont réputés exceller dans les molécules médicamenteuses de taille micrométrique, souvent en raison de taux d'absorption accrus, d'une biodisponibilité plus élevée et d'une efficacité supérieure. Les antibiotiques sont largement utilisés pour traiter les infections bactériennes. Toutefois, le développement rapide de souches bactériennes de plus en plus résistantes aux médicaments rend nécessaire la mise au point de nouveaux antibiotiques ou la modification des antibiotiques existants. La réduction de la taille des particules d'antibiotiques tels que la tétracycline par sonication est une stratégie facile, rapide et prometteuse pour améliorer l'efficacité des antibiotiques contre les souches bactériennes résistantes et non résistantes.
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Tétracycline nanostructurée par ultrasons

Kassirov et al. (2018) ont traité la tétracycline par ultrasons pour améliorer l’efficacité du médicament contre les agents pathogènes. Dans leur étude, ils ont utilisé Escherichia coli Nova Blue TcR, une souche résistante aux antibiotiques, et E. coli 292-116 (sans résistance aux médicaments). La tétracycline, un antibiotique à large spectre courant, a été modifiée à l’aide d’un ultrasoniseur industriel UIP1000hdT (Hielscher, Allemagne ; voir image à gauche). L'équipe de recherche a constaté que le traitement sonochimique avec l'UIP1000hdT augmente l'efficacité des propriétés antibactériennes jusqu'à 25 % contre la souche résistante et jusqu'à 100 % contre la souche sensible. Même un stockage à long terme de la tétracycline nanostructurée à +4ºC ne réduit pas les propriétés antimicrobiennes.
Les paramètres de traitement ultrasonique tels que l'amplitude, l'apport d'énergie et le temps de sonication ont été déterminés comme des facteurs critiques qui influencent le changement des propriétés antimicrobiennes contre les cellules sensibles et résistantes.
Le traitement ultrasonique entraîne une distribution plus uniforme de la taille des particules de médicament de taille nanométrique, ce qui pourrait conduire à une biodisponibilité, une bioaccessibilité et donc une efficacité accrues des molécules de tétracycline.
Les données obtenues montrent que la modification sonochimique des antibiotiques peut constituer une nouvelle approche prometteuse et peu coûteuse pour le développement de nouveaux médicaments efficaces pour l'antibiothérapie contre les souches résistantes aux médicaments.

Sonication de la tétracycline avec l'UIP1000hdT.A – Spectres FTIR de “libre” tétracycline; B – Spectres FTIR de la tétracycline SN après 5 min de sonication ; C – Histogramme de la distribution granulométrique “libre” tétracycline; D – Histogramme de distribution de la taille de la tétracycline SN après 5 minutes de sonication.Étude et illustration de Kassirov et al. 2018.

Avantages des médicaments nanostructurés par ultrasons

Les ultrasons offrent d'énormes possibilités pour la synthèse d'un large éventail de matériaux nanostructurés et sont utilisés dans de nombreuses industries. La production par ultrasons de produits pharmaceutiques de taille nanométrique tels que les antibiotiques, les antiviraux et d'autres médicaments est très prometteuse, car ces médicaments de taille nanométrique présentent souvent un taux d'absorption, une biodisponibilité et une efficacité nettement plus élevés. C'est pourquoi de nombreuses formulations de médicaments améliorées font appel aux ultrasons pour nanostructurer les molécules de médicaments, encapsuler les médicaments dans des nano-émulsions, des nano-liposomes, des niosomes, des nanoparticules lipidiques solides (SLN), des transporteurs lipidiques nano-structurés (NLC) et d'autres complexes d'inclusion de taille nanométrique.

Le traitement ultrasonique des nanomatériaux ayant des propriétés antibactériennes est également utilisé pour synthétiser des matériaux nanostructurés (par exemple le nanoargent, le nanoZnO) et les appliquer aux textiles afin de fabriquer des textiles médicaux antibactériens et d'autres tissus fonctionnels. Par exemple, un processus ultrasonique en une seule étape est utilisé pour fabriquer des revêtements durables de tissus en coton avec des nanoparticules de ZnO antibactériennes.

Comment fonctionne la synthèse ultrasonique des matériaux nanostructurés ?

L'ultrasonication et la sonochimie, c'est-à-dire l'application d'ultrasons puissants à des systèmes chimiques, sont largement utilisées pour produire des matériaux nanométriques de haute qualité (par exemple, des nanoparticules, des nano-émulsions). La sonication et la sonochimie permettent ou facilitent la production de matériaux nanométriques de haute performance. L'avantage de la synthèse ultrasonique des nanoparticules est sa simplicité et son efficacité. Alors que les autres méthodes de production de matériaux nanostructurés nécessitent des températures et des pressions élevées et/ou de longs temps de réaction, la synthèse ultrasonique permet souvent une production facile, rapide et efficace de nanomatériaux. Les effets sonochimiques et sonomécaniques générés par les ultrasons de haute intensité sont responsables de la synthèse ou de la fonctionnalisation/modification des particules de taille nanométrique. Le couplage d'ondes ultrasoniques de forte puissance dans des liquides entraîne une cavitation acoustique : la formation, la croissance et l'effondrement implosif de bulles, et peut être classé comme sonochimie primaire (chimie en phase gazeuse se produisant à l'intérieur des bulles qui s'effondrent), sonochimie secondaire (chimie en phase de solution se produisant à l'extérieur des bulles), et modifications sonomécaniques/physiques (causées par des jets de liquide à grande vitesse, des ondes de choc, et/ou des collisions entre particules dans les boues liquides). (L'impact de la cavitation sur les particules entraîne une réduction de la taille, une nano-structuration (nano-dispersion, nano-émulsification), ainsi qu'une fonctionnalisation et une modification des particules.
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Sondes ultrasoniques pour la synthèse de produits pharmaceutiques nanostructurés

Hielscher Ultrasonic possède une longue expérience dans la conception, la fabrication, la distribution et le service après-vente d'homogénéisateurs à ultrasons de haute performance pour l'industrie pharmaceutique et alimentaire.
La préparation de nanoparticules de médicaments, de liposomes, de nanoparticules de lipides solides, de nanoparticules polymériques, de complexes de cyclodextrine et de vaccins de haute qualité est un processus dans lequel les systèmes ultrasoniques Hielscher sont largement utilisés et appréciés pour leur grande fiabilité et la qualité supérieure de leurs résultats. Les appareils à ultrasons Hielscher permettent un contrôle précis de tous les paramètres du processus, tels que l'amplitude, la température, la pression et l'énergie de sonication. Le logiciel intelligent enregistre automatiquement tous les paramètres de sonification (heure, date, amplitude, énergie nette, énergie totale, température, pression) sur la carte SD intégrée. Cela facilite considérablement le contrôle du processus et de la qualité et permet de respecter les bonnes pratiques de fabrication (GMP).

Mélangeurs ultrasoniques pour chaque capacité de produit

La gamme de produits Hielscher Ultrasonics couvre tout le spectre des processeurs à ultrasons, depuis les ultrasons de laboratoire compacts jusqu'aux processeurs à ultrasons industriels capables de traiter des camions à l'heure, en passant par les systèmes de paillasse et les systèmes pilotes. La gamme complète de produits nous permet de vous proposer le mélangeur à cisaillement ultrasonique le mieux adapté à votre capacité de traitement et à vos objectifs. Cela vous permet de développer et de tester votre application dans un petit laboratoire et de l'adapter ensuite linéairement à la capacité de production. Le passage d'un mélangeur à ultrasons de petite taille à des capacités de traitement plus élevées est très simple puisque le processus de mélange à ultrasons peut être mis à l'échelle de façon totalement linéaire à partir des paramètres de traitement établis. La mise à l'échelle peut se faire en installant un mélangeur à ultrasons plus puissant ou en regroupant plusieurs mélangeurs à ultrasons en parallèle.
Les agitateurs ultrasoniques sont également utilisés pour l'homogénéisation stérile des suspensions liquide-liquide et solide-liquide.

Amplitudes élevées vers des particules nanostructurées avec une grande efficacité

Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs à ultrasons industriels peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu’à 200 μm peuvent être facilement exécutées en continu en fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. Les sonotrodes à ultrasons (cornes, sondes) et les réacteurs sont autoclavables. La robustesse de l’équipement à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans des environnements lourds et exigeants.

Des tests faciles et sans risque

Les procédés ultrasoniques peuvent être mis à l'échelle de manière totalement linéaire. Cela signifie que chaque résultat obtenu à l'aide d'un appareil à ultrasons de laboratoire ou de paillasse peut être mis à l'échelle pour obtenir exactement le même résultat en utilisant exactement les mêmes paramètres de processus. L'ultrasonication est donc idéale pour le développement de produits et leur mise en œuvre ultérieure dans la fabrication commerciale.

La plus haute qualité – Conçu et fabriqué en Allemagne

En tant qu’entreprise familiale, Hielscher privilégie les normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les ultrasonisateurs sont conçus, fabriqués et testés de manière approfondie dans notre siège social à Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité de l’équipement à ultrasons de Hielscher en font un cheval de bataille dans votre production. Le fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des ultrasons haute performance de Hielscher.

Vous pouvez acheter des processeurs à ultrasons Hielscher dans toutes les tailles et exactement configurés pour répondre aux exigences de votre processus. Qu'il s'agisse de traiter des fluides dans un petit bécher de laboratoire ou de mélanger en continu des boues et des pâtes au niveau industriel, Hielscher Ultrasonics propose un homogénéisateur haute performance adapté à vos besoins ! Veuillez nous contacter – nous sommes heureux de vous recommander l'installation ultrasonique idéale !

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :