Antibiotikumok ultrahangos nanostrukturálása

Az antibiotikumok ultrahanggal segített előállítása növelheti hatékonyságukat, még a gyógyszerrezisztens baktériumokkal szemben is: az antibiotikum-rezisztens baktériumtörzsek számának növekedése továbbra is megoldatlan probléma, amely miatt az elmúlt évtizedekben antibiotikumokkal sikeresen kezelt bakteriális fertőzések ismét világszintű egészségügyi fenyegetést jelentenek. Az antibiotikumok ultrahangos nanostrukturálása ígéretes módszer az antibiotikumok, például a tetraciklin hatékonyságának növelésére a gyógyszerrezisztens baktériumokkal szemben.

Antibiotikumok és antibiotikum-rezisztens baktériumok

Antibiotikum-rezisztencia akkor alakul ki, amikor a kórokozók, például a baktériumok és a gombák képessé válnak arra, hogy ellenálljanak az elpusztításukra kifejlesztett gyógyszereknek. Ez azt jelenti, hogy a kórokozók nem pusztulnak el, és tovább szaporodnak. Az antibiotikum-rezisztens kórokozók által okozott fertőzéseket nehéz, olykor pedig lehetetlen kezelni.
A baktériumok antibiotikum-rezisztenciáját az antibiotikumok túlzott, illetve helytelen alkalmazásának tulajdonítják. A túlzott és helytelen alkalmazás elsősorban a nem megfelelő gyógyszerrendelésre és a széles körű mezőgazdasági felhasználásra utal
Egyes baktériumtörzsek mutációkon mentek keresztül, és rezisztenciát alakítottak ki olyan gyakori antibiotikumokkal szemben, mint a penicilin, a tetraciklin, a meticillin, az eritromicin, a gentamicin, a vankomicin, az imipemen, a ceftazidim, a levofloxacin, a linezolid, a daptomicin és a ceftraroline.
Az antibiotikum-rezisztens baktériumok kialakulásának fő oka az antibiotikumok túlzott és helytelen alkalmazása. Valahányszor egy beteg antibiotikumot kap, az érzékeny baktériumok elpusztulnak. Ha azonban jelen vannak rezisztens baktériumok, amelyeket a gyógyszeres kezelés nem pusztít el, ezek növekednek és szaporodnak. Így az antibiotikumok ismételt és nem megfelelő alkalmazása a gyógyszerrezisztens baktériumok számának növekedését okozza.
A több gyógyszerrel szemben rezisztens (MDR) baktériumok súlyos egészségügyi fenyegetést jelentenek, mivel nem reagálnak a szokásos antibiotikum-kezelésre, amelynek el kellene pusztítania a kórokozókat.
A Gram-pozitív kórokozók közül jelenleg a rezisztens S. aureus (például a meticillinrezisztens Staphylococcus aureus; MRSA) és az Enterococcus fajok világjárványa jelenti a legnagyobb fenyegetést. A Gram-negatív kórokozók, például az Enterobacteriaceae (például a Klebsiella pneumoniae), a Pseudomonas aeruginosa és az Acinetobacter szinte minden rendelkezésre álló antibiotikummal szemben rezisztenssé válnak.

Ultrahanggal nanoméretűvé alakított antibiotikumok

Ismert, hogy a nanoméretű gyógyszerek gyakran felülmúlják a mikrométeres méretű gyógyszermolekulákat a gyorsabb felszívódás, a nagyobb biológiai hasznosulás és a jobb hatékonyság révén. Az antibiotikumokat széles körben alkalmazzák bakteriális fertőzések kezelésére. Az egyre több gyógyszerrezisztens baktériumtörzs gyors kialakulása azonban új antibiotikumok kifejlesztését vagy a meglévők módosítását teszi szükségessé. Az antibiotikumok, például a tetraciklin részecskeméretének ultrahangos kezeléssel történő csökkentése egyszerű, gyors és ígéretes stratégia az antibiotikumok hatékonyságának javítására mind a nem rezisztens, mind a rezisztens baktériumtörzsekkel szemben.
Olvasson bővebben a gyógyszerhatóanyagok ultrahangos nanoszuszpenzióiról!

Ultrahanggal nanostrukturált tetraciklin

Kassirov és munkatársai (2018) ultrahanggal kezelték a tetraciklint, hogy javítsák a gyógyszer kórokozókkal szembeni hatékonyságát. Vizsgálatukban az antibiotikum-rezisztens Escherichia coli Nova Blue TcR törzset és a gyógyszerrezisztenciával nem rendelkező E. coli 292–116 törzset használták. A tetraciklint, egy gyakori, széles spektrumú antibiotikumot a következő ipari ultrahangos készülékkel módosították: UIP1000hdT (Hielscher, Németország; lásd a bal oldali képet). A kutatócsoport megállapította, hogy a UIP1000hdT készülékkel végzett szonokémiai kezelés a rezisztens törzzsel szemben akár 25%-kal, az érzékeny törzzsel szemben pedig akár 100%-kal növeli az antibakteriális tulajdonságok hatékonyságát. Még a nanostrukturált tetraciklin +4ºC hőmérsékleten történő hosszú távú tárolása sem csökkenti az antimikrobiális tulajdonságokat.
Az ultrahangos feldolgozás paramétereit, például az amplitúdót, az energiabevitelt és az ultrahangos kezelés időtartamát olyan kritikus tényezőkként azonosították, amelyek befolyásolják az antimikrobiális tulajdonságok változását mind az érzékeny, mind a rezisztens sejtekkel szemben.
Az ultrahangos kezelés a nanoméretű gyógyszerrészecskék egyenletesebb részecskeméret-eloszlását eredményezi, ami a tetraciklinmolekulák nagyobb biológiai hasznosulásához, biológiai hozzáférhetőségéhez és ezáltal nagyobb hatékonyságához vezethet.
A kapott adatok azt mutatják, hogy az antibiotikumok szonokémiai módosítása új, ígéretes és olcsó megközelítést jelenthet olyan új gyógyszerek kifejlesztéséhez, amelyek hatékonyak a gyógyszerrezisztens törzsek elleni antibiotikum-terápiában.

Tetraciklin ultrahangos kezelése a UIP1000hdT készülékkel.
A – A „szabad” tetraciklin FTIR-spektrumai; B – Az SN tetraciklin FTIR-spektrumai 5 min ultrahangos kezelés után; C – A „szabad” tetraciklin méreteloszlási hisztogramja; D – Az SN tetraciklin méreteloszlási hisztogramja 5 min ultrahangos kezelés után.
A tanulmány és az ábra szerzői: Kassirov és munkatársai, 2018.

Az ultrahanggal nanostrukturált gyógyszerek előnyei

Az ultrahangos kezelés hatalmas lehetőségeket kínál a nanostrukturált anyagok széles körének szintéziséhez, és számos iparágban alkalmazzák. A nanoméretű gyógyszerek, például antibiotikumok, vírusellenes szerek és más gyógyszerek ultrahangos előállítása rendkívül ígéretes, mivel ezek a nanoméretű gyógyszerek gyakran jelentősen gyorsabb felszívódást, nagyobb biológiai hasznosulást és nagyobb hatékonyságot mutatnak. Ezért számos továbbfejlesztett gyógyszerformuláció előállításakor ultrahangos kezelést alkalmaznak a gyógyszermolekulák nanostrukturálására, valamint a gyógyszerek nanoemulziókba, nanoliposzómákba, nioszómákba, szilárd lipid nanorészecskékbe (SLNs), nanostrukturált lipidhordozókba (NLCs) és más nanoméretű zárványkomplexekbe történő kapszulázására.

Az antibakteriális tulajdonságú nanoanyagok ultrahangos kezelését nanostrukturált anyagok (például nanoezüst, nano ZnO) szintézisére és textíliákra történő felvitelére is alkalmazzák, antibakteriális orvosi textíliák és más funkcionális szövetek előállítása céljából. Például egylépéses ultrahangos eljárással készítenek antibakteriális ZnO-nanorészecskéket tartalmazó tartós bevonatokat pamutszöveteken.

Hogyan működik a nanostrukturált anyagok ultrahangos szintézise?

Az ultrahangos kezelést és a szonokémiát, vagyis a nagy teljesítményű ultrahang kémiai rendszerekben történő alkalmazását széles körben használják kiváló minőségű nanoméretű anyagok (például nanorészecskék, nanoemulziók) előállítására. Az ultrahangos kezelés és a szonokémia lehetővé teszi vagy megkönnyíti a nagy teljesítményű nanoméretű anyagok előállítását. A nanorészecskék ultrahangos szintézisének előnye az egyszerűség és a hatékonyság. Míg a nanostrukturált anyagok alternatív előállítási módszerei a teljes anyagtömeg magas hőmérsékletét, magas nyomást és / vagy hosszú reakcióidőt igényelnek, az ultrahangos szintézis gyakran lehetővé teszi a nanoanyagok egyszerű, gyors és hatékony előállítását. A nagy intenzitású ultrahang által létrehozott szonokémiai és szonomechanikai hatások egyaránt felelősek a nanoméretű részecskék szintéziséért vagy funkcionalizálásáért/módosításáért. A nagy teljesítményű ultrahanghullámok folyadékokba történő becsatolása akusztikus kavitációt eredményez: buborékok képződését, növekedését és implóziós összeomlását, és elsődleges szonokémiaként (az összeomló buborékokon belül zajló gázfázisú kémiai folyamatok), másodlagos szonokémiaként (a buborékokon kívül zajló oldatfázisú kémiai folyamatok), valamint szonomechanikai / fizikai módosításokként (amelyeket nagy sebességű folyadéksugarak, lökéshullámok és/vagy a zagyokban a részecskék közötti ütközések okoznak) kategorizálható. (Vö. Hinman és Suslick, 2017) A részecskékre gyakorolt kavitációs hatás méretcsökkenést, nanostrukturálást (nanodiszpergálást, nanoemulgeálást), valamint a részecskék funkcionalizálását és módosítását eredményezi.
Olvasson bővebben a részecskék ultrahangos őrléséről és diszpergálásáról!

Ultrahangos szondák nanostrukturált gyógyszerek szintéziséhez

A Hielscher Ultrasonic hosszú évek tapasztalatával rendelkezik a gyógyszeripar és az élelmiszeripar számára készülő nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorok tervezésében, gyártásában, forgalmazásában és szervizelésében.
A kiváló minőségű nanoméretű gyógyszerrészecskék, liposzómák, szilárd lipid nanorészecskék, polimer nanorészecskék, ciklodextrin-komplexek és vakcinák előállítása olyan folyamatok, amelyekben a Hielscher ultrahangos rendszereit széles körben alkalmazzák, és nagy megbízhatóságukért, valamint az előállított termékek kiemelkedő minőségéért értékelik. A Hielscher ultrahangos készülékei valamennyi folyamatparaméter, például az amplitúdó, a hőmérséklet, a nyomás és az ultrahangos kezelés energiájának pontos szabályozását teszik lehetővé. Az intelligens szoftver automatikusan naplózza az ultrahangos kezelés valamennyi paraméterét (idő, dátum, amplitúdó, nettó energia, összes energia, hőmérséklet, nyomás) a beépített SD-kártyán. Ez jelentősen megkönnyíti a folyamat- és minőségellenőrzést, és segíti a helyes gyártási gyakorlat (GMP) követelményeinek teljesítését.

Ultrahangos keverők minden termelési kapacitáshoz

A Hielscher Ultrasonics termékkínálata az ultrahangos processzorok teljes skáláját lefedi, a kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékektől az asztali és kísérleti üzemi rendszereken át a teljesen ipari ultrahangos processzorokig, amelyek óránként több teherautónyi anyag feldolgozására képesek. A teljes termékkínálat lehetővé teszi számunkra, hogy az Ön feldolgozási kapacitásához és céljaihoz leginkább megfelelő ultrahangos nyírókeverőt kínáljuk. Ez lehetővé teszi, hogy alkalmazását kis laboratóriumi méretben fejlessze és tesztelje, majd lineárisan növelje a méretét a termelési kapacitásig. Egy kisebb ultrahangos keverőről nagyobb feldolgozási kapacitásokra áttérni nagyon egyszerű, mivel az ultrahangos keverési folyamat mérete a már meghatározott folyamatparaméterek alapján teljesen lineárisan növelhető. A méretnövelés megvalósítható egy nagyobb teljesítményű ultrahangos keverőegység telepítésével vagy több ultrahangos készülék párhuzamos csoportba kapcsolásával.
Az ultrahangos keverőket folyadék–folyadék és szilárd–folyadék szuszpenziók steril homogenizálására is alkalmazzák.

Nagy amplitúdók a részecskék nagy hatékonyságú nanostrukturálásához

A Hielscher Ultrasonics ipari ultrahangos processzorai nagyon nagy amplitúdók előállítására képesek. Az akár 200µm amplitúdók könnyedén fenntarthatók folyamatos, 24/7 üzemelés során. Még nagyobb amplitúdókhoz egyedi ultrahangos szonotródák állnak rendelkezésre. Az ultrahangos szonotródák (kürtök, szondák) és reaktorok autoklávozhatók. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága nagy igénybevétel mellett és megterhelő környezetben is lehetővé teszi a 24/7 üzemelést.

Egyszerű, kockázatmentes tesztelés

Az ultrahangos folyamatok mérete teljesen lineárisan növelhető. Ez azt jelenti, hogy a laboratóriumi vagy asztali ultrahangos készülékkel elért minden eredmény pontosan ugyanazon folyamatparaméterek alkalmazásával pontosan ugyanolyan kimeneti eredménnyel érhető el nagyobb méretben is. Ez az ultrahangos kezelést ideálissá teszi a termékfejlesztéshez és az azt követő bevezetéshez a kereskedelmi gyártásba.

A legmagasabb minőség – Németországban tervezve és gyártva

Családi tulajdonban lévő és családi vezetésű vállalkozásként a Hielscher a legmagasabb minőségi követelményeket helyezi előtérbe ultrahangos processzorainál. Valamennyi ultrahangos készüléket a németországi Berlin közelében, Teltowban található központunkban tervezzük, gyártjuk és alaposan teszteljük. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága és megbízhatósága a termelés igáslovává teszi őket. A teljes terhelés mellett és megterhelő környezetben történő 24/7 üzemelés a Hielscher nagy teljesítményű ultrahangos készülékeinek természetes jellemzője.

A Hielscher ultrahangos processzorai különböző méretekben, pontosan az Ön folyamatkövetelményeihez konfigurálva vásárolhatók meg. A folyadékok kis laboratóriumi főzőpohárban történő kezelésétől a zagyok és paszták ipari szintű, folyamatos átfolyásos keveréséig a Hielscher Ultrasonics megfelelő, nagy teljesítményű homogenizátort kínál Önnek! Lépjen kapcsolatba velünk – örömmel ajánljuk Önnek az ideális ultrahangos összeállítást!

Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról: