Ultrazvučno nanostrukturiranje antibiotika

Ultrazvučno potpomognuta proizvodnja antibiotika može povećati njihovu učinkovitost, čak i protiv bakterija otpornih na lijekove: sve veći broj sojeva bakterija otpornih na antibiotike još je uvijek neriješen problem zbog čega su bakterijske infekcije, koje su se posljednjih desetljeća uspješno liječile antibioticima, širom svijeta ponovno prijeti zdravlju. Ultrazvučno nano-strukturiranje antibiotika obećavajuća je tehnika za povećanje učinkovitosti antibiotika poput tetraciklina protiv bakterija otpornih na lijekove.

Antibiotici i bakterije otporne na antibiotike

Otpornost na antibiotike događa se kada klice poput bakterija i gljivica razviju sposobnost poraziti lijekove koji su dizajnirani da ih ubiju. To znači da klice nisu ubijene i nastavljaju rasti. Infekcije uzrokovane klicama otpornim na antibiotike teško je, a ponekad i nemoguće, liječiti.
Otpornost bakterija na antibiotike pripisuje se pretjeranoj, kao i pogrešnoj uporabi antibiotika. Prekomjerna i zlouporaba uglavnom se odnose na neodgovarajuće recepte i ekstenzivnu poljoprivrednu uporabu
Za uobičajene antibiotike kao što su penicilin, tetraciklin, meticilin, eritromicin, gentamicin, vankomicin, imipemen, ceftazidim, levofloksacin, linezolid, daptomicin i ceftrarolin, određeni sojevi bakterija su mutirali i razvili otpornost na antibiotike.
Glavni uzrok razvoja bakterija otpornih na antibiotike leži u prekomjernoj i zlouporabi antibiotskih lijekova. Svaki put kada se pacijentu daju antibiotici, osjetljive bakterije se ubijaju. Međutim, ako postoje rezistentne bakterije koje se ne mogu iskorijeniti liječenjem lijekovima, one rastu i razmnožavaju se. Stoga opetovana i neodgovarajuća uporaba antibiotika uzrokuje porast bakterija otpornih na lijekove.
Bakterije otporne na više lijekova (MDR) ozbiljna su prijetnja zdravlju jer ne reagiraju na uobičajeno liječenje antibioticima, koji bi trebali ubiti klice.
Među gram-pozitivnim patogenima trenutno najveću prijetnju predstavlja globalna pandemija rezistentnog S. aureusa (npr. Staphylococcus aureus otpornog na meticilin; MRSA) i vrste Enterococcus. Gram-negativni patogeni kao što su Enterobacteriaceae (npr. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa i Acinetobacterare postaju otporni na gotovo sve dostupne opcije antibiotika.

Antibiotici ultrazvučne nano veličine

Poznato je da lijekovi nano veličine nadmašuju molekule lijekova mikronske veličine često zbog povećanih stopa apsorpcije, veće bioraspoloživosti i vrhunske učinkovitosti. Antibiotici se naširoko koriste za liječenje bakterijskih infekcija. Međutim, brzi razvoj sve više sojeva bakterija otpornih na lijekove čini nužnim razvoj novih ili modificiranje postojećih antibiotskih lijekova. Smanjenje veličine čestica antibiotika kao što je tetraciklin sonikacijom je jedna jednostavna, brza i obećavajuća strategija za poboljšanje učinkovitosti antibiotika protiv nerezistentnih i rezistentnih sojeva bakterija.
Pročitajte više o ultrazvučnim nanosuspenzijama farmaceutskih API-ja!

Ultrazvučno nanostrukturirani tetraciklin

Kassirov et al. (2018) treated tetracycline ultrasonically to improve the drug’s effectiveness against pathogens. In their study, they used Escherichia coli Nova Blue TcR, a strain with antibiotic resistance, and E. coli 292–116 (without drug resistance). Tetracycline, a common broad-spectrum antibiotic, was modified using industrial ultrasonicator UIP1000hdT (Hielscher, Njemačka; vidi sliku lijevo). Istraživački tim otkrio je da sonokemijski tretman s UIP1000hdT povećava učinkovitost antibakterijskih svojstava do 25% protiv otpornog soja i do 100% protiv osjetljivog soja. Čak ni dugotrajno skladištenje nanostrukturiranog tetraciklina na +4ºC ne smanjuje antimikrobna svojstva.
Parametri ultrazvučne obrade kao što su amplituda, unos energije i vrijeme sonikacije određeni su kao kritični čimbenici koji utječu na promjenu antimikrobnih svojstava protiv osjetljivih i otpornih stanica.
Ultrazvučni tretman rezultira ujednačenijom raspodjelom veličine čestica nano veličine čestica lijeka, što može dovesti do veće bioraspoloživosti, biodostupnosti, a time i učinkovitosti molekula tetraciklina.
Dobiveni podaci pokazuju da sonokemijska modifikacija antibiotika može biti novi obećavajući i jeftin pristup razvoju novih lijekova učinkovitih za antibiotsku terapiju protiv rezistentnih sojeva na lijekove.

Sonikacija tetraciklina s UIP1000hdT.A – FTIR spectra of “free” tetracycline; B – FTIR spectra of SN tetracycline after 5 min sonication; C – Size distribution histogram of “free” tetracycline; D – Histogram distribucije veličine SN tetraciklina nakon 5 minuta sonikacije.Studija i slika Kassirov et al. 2018.

Prednosti ultrazvučnih nanostrukturiranih lijekova

Ultrasonication nudi ogromne mogućnosti za sintezu širokog spektra nanostrukturnih materijala i koristi se u mnogim industrijama. Ultrazvučna proizvodnja lijekova nano veličine kao što su antibiotici, antivirusni i drugi lijekovi vrlo je obećavajuća budući da ti lijekovi nano veličine često pokazuju značajno višu stopu apsorpcije, bioraspoloživost i učinkovitost. Stoga mnoge poboljšane formulacije lijekova uključuju ultrazvučnu obradu kako bi se nanostrukturirale molekule lijekova, kapsulirali lijekovi u nano-emulzije, nano-liposome, niosome, čvrste lipidne nanočestice (SLN), nanostrukturirane prijenosnike lipida (NLC) i druge inkluzije nano veličine kompleksi.

Ultrazvučna obrada nanomaterijala s antibakterijskim svojstvima također se koristi za sintezu nanostrukturiranih materijala (npr. nano-srebro, nano ZnO) i njihovu primjenu na tekstilu u svrhu proizvodnje antibakterijskog medicinskog tekstila i drugih funkcionalnih tkanina. Na primjer, ultrazvučni postupak u jednom koraku koristi se za izradu izdržljivih premaza pamučnih tkanina s antibakterijskim nanočesticama ZnO.

Kako radi ultrazvučna sinteza nanostrukturiranih materijala?

Ultrazvuk i sonokemija, što je primjena ultrazvuka velike snage na kemijske sustave, široko se koriste za proizvodnju visokokvalitetnih materijala nano veličine (npr. nanočestice, nano-emulzije). Sonikacija i sonokemija omogućuju ili olakšavaju proizvodnju visokoučinkovitih materijala nano veličine. Prednost ultrazvučne sinteze nanočestica je jednostavnost i učinkovitost. Dok alternativne metode proizvodnje nanostrukturiranih materijala zahtijevaju visoke temperature, tlakove i/ili duga vremena reakcije, ultrazvučna sinteza često omogućuje laku, brzu i učinkovitu proizvodnju nanomaterijala. I sonokemijski i sonomehanički učinci generirani ultrazvukom visokog intenziteta odgovorni su za sintezu ili funkcionalizaciju/modifikaciju čestica nano veličine. Spajanje ultrazvučnih valova velike snage u tekućine rezultira akustičnom kavitacijom: stvaranjem, rastom i implozivnim kolapsom mjehurića, a može se kategorizirati kao primarna sonokemija (kemija plinovite faze koja se javlja unutar kolapsirajućih mjehurića), sekundarna sonokemija (kemija faze otopine koja se javlja izvan mjehurića) i sonomehaničke/fizičke modifikacije (uzrokovane mlazovima tekućine velike brzine, udarnim valovima i/ili međučestičnim sudarima u kašama). (usp. Hinman i Suslick, 2017.) Kavitacijski utjecaj na čestice rezultira smanjenjem veličine, nano-strukturiranjem (nano-disperzija, nano-emulzifikacija), kao i funkcionalizacijom i modifikacijom čestica.
Pročitajte više o ultrazvučnom mljevenju i raspršivanju čestica!

Ultrazvučne sonde za sintezu nano-strukturiranih farmaceutskih proizvoda

Hielscher Ultrasonic ima dugogodišnje iskustvo u dizajnu, proizvodnji, distribuciji i servisu ultrazvučnih homogenizatora visokih performansi za farmaceutsku i prehrambenu industriju.
Priprema visokokvalitetnih čestica lijeka nano veličine, liposoma, nanočestica čvrstih lipida, polimernih nanočestica, kompleksa ciklodekstrina i cjepiva procesi su u kojima se Hielscherovi ultrazvučni sustavi naširoko koriste i cijenjeni su zbog svoje visoke pouzdanosti i izlazne kvalitete vrhunske kvalitete. Hielscher ultrasonicators omogućuju preciznu kontrolu nad svim procesnim parametrima, kao što su amplituda, temperatura, tlak i energija sonikacije. Inteligentni softver automatski protokolira sve parametre sonikacije (vrijeme, datum, amplituda, neto energija, ukupna energija, temperatura, tlak) na ugrađenoj SD kartici. Ovo značajno olakšava proces i kontrolu kvalitete te pomaže u ispunjavanju Dobre proizvođačke prakse (GMP).

Ultrazvučne miješalice za svaki kapacitet proizvoda

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih i pilotskih sustava do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora s kapacitetom obrade tereta kamiona po satu. Cijeli asortiman proizvoda omogućuje nam da vam ponudimo najprikladniju ultrazvučnu mješalicu za vaš procesni kapacitet i ciljeve. To vam omogućuje da razvijete i testirate svoju aplikaciju u malom laboratoriju i zatim je linearno skalirate na proizvodni kapacitet. Prelazak s manje ultrazvučne miješalice na veće kapacitete obrade vrlo je jednostavan budući da se proces ultrazvučnog miješanja može potpuno linearno skalirati prema vašim utvrđenim procesnim parametrima. Povećanje veličine može se izvršiti instaliranjem snažnije jedinice ultrazvučne miješalice ili grupiranjem nekoliko ultrazvučnih uređaja paralelno.
Ultrazvučne mješalice također se koriste za sterilnu homogenizaciju suspenzija tekućina-tekućina i krutina-tekućina.

Visoke amplitude do nanostrukturnih čestica s visokom učinkovitošću

Hielscher Ultrasonics’ industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available. Ultrasonic sonotrodes (horns, probes) and reactors are autoclavable. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.

Jednostavno testiranje bez rizika

Ultrazvučni procesi mogu biti potpuno linearno skalirani. To znači da se svaki rezultat koji ste postigli korištenjem laboratorijskog ili stolnog ultrazvučnog aparata može skalirati na potpuno isti izlaz koristeći potpuno iste procesne parametre. To čini ultrazvuk idealnim za razvoj proizvoda i naknadnu implementaciju u komercijalnu proizvodnju.

Najviša kvaliteta – Dizajnirano i proizvedeno u Njemačkoj

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance ultrasonicators.

Hielscher ultrazvučne procesore možete kupiti u bilo kojoj veličini i točno konfiguriranom prema vašim zahtjevima procesa. Od obrade tekućina u maloj laboratorijskoj čaši do kontinuiranog protočnog miješanja suspenzija i pasta na industrijskoj razini, Hielscher Ultrasonics nudi odgovarajući homogenizator visokih performansi za vas! Molimo kontaktirajte nas – drago nam je što vam možemo preporučiti idealan ultrazvučni setup!

Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: