Nanostrukturisasi Antibiotik secara Ultrasonik

Produksi antibiotik berbantuan ultrasonik dapat meningkatkan efektivitasnya, bahkan terhadap bakteri yang resistan terhadap obat: Meningkatnya jumlah galur bakteri yang resistan terhadap antibiotik merupakan masalah yang masih belum teratasi, sehingga infeksi bakteri, yang telah berhasil diobati dengan antibiotik selama beberapa dekade terakhir, kembali menjadi ancaman kesehatan di seluruh dunia. Nanostrukturisasi antibiotik secara ultrasonik merupakan teknik yang menjanjikan untuk meningkatkan efektivitas antibiotik seperti tetrasiklin terhadap bakteri yang resistan terhadap obat.

Antibiotik dan Bakteri yang Resistan terhadap Antibiotik

Resistansi antibiotik terjadi ketika mikroorganisme seperti bakteri dan jamur mengembangkan kemampuan untuk mengatasi obat yang dirancang untuk membunuhnya. Artinya, mikroorganisme tersebut tidak terbunuh dan terus tumbuh. Infeksi yang disebabkan oleh mikroorganisme yang resistan terhadap antibiotik sulit, dan terkadang mustahil, diobati.
Resistansi bakteri terhadap antibiotik dikaitkan dengan penggunaan obat antibiotik yang berlebihan serta tidak tepat. Penggunaan berlebihan dan tidak tepat terutama merujuk pada peresepan yang tidak sesuai dan penggunaan secara luas dalam pertanian
Untuk antibiotik umum seperti penicilin, tetrasiklin, metisilin, eritromisin, gentamisin, vankomisin, imipemen, seftazidim, levofloksasin, linezolid, daptomisin, dan ceftraroline, galur bakteri tertentu telah bermutasi dan mengembangkan resistansi antibiotik.
Penyebab utama berkembangnya bakteri yang resistan terhadap antibiotik terletak pada penggunaan obat antibiotik yang berlebihan dan tidak tepat. Setiap kali pasien diberi antibiotik, bakteri yang sensitif terbunuh. Namun, jika terdapat bakteri resistan yang tidak dibasmi oleh pengobatan tersebut, bakteri itu tumbuh dan berkembang biak. Dengan demikian, penggunaan antibiotik secara berulang dan tidak tepat menyebabkan peningkatan bakteri yang resistan terhadap obat.
Bakteri yang resistan terhadap berbagai obat (MDR) merupakan ancaman kesehatan serius karena tidak merespons pengobatan antibiotik umum yang seharusnya membunuh mikroorganisme tersebut.
Di antara patogen gram-positif, pandemi global S. aureus yang resistan (misalnya, Staphylococcus aureus yang resistan terhadap metisilin; MRSA) dan spesies Enterococcus saat ini merupakan ancaman terbesar. Patogen gram-negatif seperti Enterobacteriaceae (misalnya, Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa, dan Acinetobacter menjadi resistan terhadap hampir semua pilihan obat antibiotik yang tersedia.

Antibiotik yang Dibuat Berukuran Nano secara Ultrasonik

Sediaan farmasi berukuran nano diketahui sering kali lebih unggul daripada molekul obat berukuran mikron karena laju absorpsi yang meningkat, bioavailabilitas yang lebih tinggi, dan efektivitas yang lebih baik. Antibiotik banyak digunakan untuk mengobati infeksi bakteri. Namun, perkembangan pesat semakin banyak galur bakteri yang resistan terhadap obat mengharuskan pengembangan obat antibiotik baru atau modifikasi obat antibiotik yang sudah ada. Pengurangan ukuran partikel antibiotik seperti tetrasiklin melalui sonikasi merupakan salah satu strategi yang mudah, cepat, dan menjanjikan untuk meningkatkan efektivitas antibiotik terhadap galur bakteri yang tidak resistan maupun yang resistan.
Baca selengkapnya tentang nanosuspensi ultrasonik bahan aktif farmasi (API)!

Tetrasiklin yang Dinanostrukturisasi secara Ultrasonik

Kassirov et al. (2018) mengolah tetrasiklin secara ultrasonik untuk meningkatkan efektivitas obat tersebut terhadap patogen. Dalam penelitian mereka, mereka menggunakan Escherichia coli Nova Blue TcR, galur yang memiliki resistansi terhadap antibiotik, dan E. coli 292–116 (tanpa resistansi terhadap obat). Tetrasiklin, antibiotik spektrum luas yang umum, dimodifikasi menggunakan sonikator industri UIP1000hdT (Hielscher, Jerman; lihat gambar di sebelah kiri). Tim peneliti menemukan bahwa perlakuan sonokimia dengan UIP1000hdT meningkatkan efektivitas sifat antibakteri hingga 25% terhadap galur resistan dan hingga 100% terhadap galur sensitif. Bahkan penyimpanan jangka panjang tetrasiklin bernanostruktur pada +4ºC tidak mengurangi sifat antimikrobanya.
Parameter pemrosesan ultrasonik seperti amplitudo, masukan energi, dan waktu sonikasi diidentifikasi sebagai faktor penting yang memengaruhi perubahan sifat antimikroba terhadap sel sensitif maupun resistan.
Perlakuan ultrasonik menghasilkan distribusi ukuran partikel yang lebih seragam pada partikel obat berukuran nano, yang dapat meningkatkan bioavailabilitas, bioaksesibilitas, dan dengan demikian efektivitas molekul tetrasiklin.
Data yang diperoleh menunjukkan bahwa modifikasi antibiotik secara sonokimia dapat menjadi pendekatan baru yang menjanjikan dan murah untuk pengembangan obat baru yang efektif bagi terapi antibiotik terhadap galur yang resistan terhadap obat.

Sonikasi tetrasiklin dengan UIP1000hdT.
A – Spektrum FTIR tetrasiklin “bebas”; B – Spektrum FTIR tetrasiklin SN setelah sonikasi selama 5 min; C – Histogram distribusi ukuran tetrasiklin “bebas”; D – Histogram distribusi ukuran tetrasiklin SN setelah sonikasi selama 5 min.
Penelitian dan gambar oleh Kassirov et al. 2018.

Keunggulan Obat yang Dinanostrukturisasi secara Ultrasonik

Ultrasonikasi menawarkan peluang yang sangat besar untuk sintesis beragam material bernanostruktur dan digunakan di banyak industri. Produksi sediaan farmasi berukuran nano secara ultrasonik, seperti antibiotik, antivirus, dan obat lainnya, sangat menjanjikan karena obat berukuran nano ini sering menunjukkan laju absorpsi, bioavailabilitas, dan efektivitas yang jauh lebih tinggi. Oleh karena itu, banyak formulasi obat yang disempurnakan melibatkan ultrasonikasi untuk menanostrukturisasi molekul obat, mengenkapsulasi obat ke dalam nanoemulsi, nanoliposom, niosom, nanopartikel lipid padat (SLNs), pembawa lipid bernanostruktur (NLCs), dan kompleks inklusi berukuran nano lainnya.

Perlakuan ultrasonik terhadap nanomaterial dengan sifat antibakteri juga digunakan untuk menyintesis material bernanostruktur (misalnya, nanoperak, nano ZnO) dan mengaplikasikannya pada tekstil untuk memproduksi tekstil medis antibakteri serta kain fungsional lainnya. Sebagai contoh, proses ultrasonik satu tahap digunakan untuk membuat lapisan tahan lama pada kain katun dengan nanopartikel ZnO antibakteri.

Bagaimana Cara Kerja Sintesis Material Bernanostruktur secara Ultrasonik?

Ultrasonikasi dan sonokimia, yaitu penerapan ultrasonik berdaya tinggi pada sistem kimia, digunakan secara luas untuk menghasilkan material berukuran nano berkualitas tinggi (misalnya, nanopartikel, nanoemulsi). Sonikasi dan sonokimia memungkinkan atau mempermudah produksi material berukuran nano berkinerja tinggi. Keunggulan sintesis nanopartikel secara ultrasonik adalah kesederhanaan dan efektivitasnya. Sementara metode produksi alternatif untuk material bernanostruktur memerlukan suhu tinggi pada keseluruhan medium, tekanan tinggi, dan / atau waktu reaksi yang lama, sintesis ultrasonik sering kali memungkinkan produksi nanomaterial yang mudah, cepat, dan efisien. Efek sonokimia maupun sonomekanik yang dihasilkan oleh ultrasonik berintensitas tinggi berperan dalam sintesis atau fungsionalisasi/modifikasi partikel berukuran nano. Kopling gelombang ultrasonik berdaya tinggi ke dalam cairan menghasilkan kavitasi akustik: pembentukan, pertumbuhan, dan keruntuhan implosif gelembung, dan dapat dikategorikan sebagai sonokimia primer (reaksi kimia fase gas yang terjadi di dalam gelembung yang runtuh), sonokimia sekunder (reaksi kimia fase larutan yang terjadi di luar gelembung), serta modifikasi sonomekanik / fisik (yang disebabkan oleh semburan cairan berkecepatan tinggi, gelombang kejut, dan/atau tumbukan antarpartikel dalam bubur). (bandingkan Hinman dan Suslick, 2017) Dampak kavitasi pada partikel menghasilkan pengurangan ukuran, nanostrukturisasi (nanodispersi, nanoemulsifikasi), serta fungsionalisasi dan modifikasi partikel.
Baca selengkapnya tentang penggilingan dan pendispersian partikel secara ultrasonik!

Probe Ultrasonik untuk Sintesis Sediaan Farmasi Bernanostruktur

Hielscher Ultrasonic memiliki pengalaman panjang dalam perancangan, manufaktur, distribusi, dan servis homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi untuk industri farmasi dan pangan.
Pembuatan partikel obat berukuran nano, liposom, nanopartikel lipid padat, nanopartikel polimer, kompleks siklodekstrin, dan vaksin berkualitas tinggi merupakan proses yang banyak menggunakan sistem ultrasonik Hielscher, yang dihargai karena keandalannya yang tinggi dan mutu hasilnya yang unggul. Sonikator Hielscher memungkinkan kontrol yang presisi atas semua parameter proses, seperti amplitudo, suhu, tekanan, dan energi sonikasi. Perangkat lunak cerdas secara otomatis mencatat semua parameter sonikasi (waktu, tanggal, amplitudo, energi bersih, energi total, suhu, tekanan) pada kartu SD bawaan. Hal ini sangat mempermudah pengendalian proses dan mutu serta membantu memenuhi Praktik Manufaktur yang Baik (GMP).

Pencampur Ultrasonik untuk Setiap Kapasitas Produksi

Jajaran produk Hielscher Ultrasonics mencakup seluruh spektrum prosesor ultrasonik, mulai dari sonikator laboratorium yang ringkas, sistem meja dan skala pilot, hingga prosesor ultrasonik industri sepenuhnya dengan kapasitas memproses bermuatan-muatan truk per jam. Jajaran produk yang lengkap memungkinkan kami menawarkan pencampur geser ultrasonik yang paling sesuai dengan kapasitas dan tujuan proses Anda. Hal ini memungkinkan Anda mengembangkan dan menguji aplikasi Anda pada skala laboratorium kecil, lalu meningkatkannya secara linear hingga kapasitas produksi. Peningkatan skala dari pencampur ultrasonik yang lebih kecil ke kapasitas pemrosesan yang lebih tinggi sangat sederhana karena proses pencampuran ultrasonik dapat ditingkatkan skalanya secara sepenuhnya linear berdasarkan parameter proses yang telah Anda tetapkan. Peningkatan skala dapat dilakukan dengan memasang unit pencampur ultrasonik yang lebih bertenaga atau menggabungkan beberapa sonikator secara paralel.
Pengaduk ultrasonik juga digunakan untuk homogenisasi steril suspensi cair–cair dan padat–cair.

Amplitudo Tinggi untuk Menanostrukturisasi Partikel dengan Efisiensi Tinggi

Prosesor ultrasonik industri Hielscher Ultrasonics dapat menghasilkan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200µm dapat dengan mudah dijalankan secara terus-menerus dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi lagi, tersedia sonotrode ultrasonik yang dibuat sesuai kebutuhan. Sonotrode ultrasonik (horn, probe) dan reaktor dapat disterilkan dengan autoklaf. Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan operasi 24/7 dengan beban kerja berat dan di lingkungan yang menuntut.

Pengujian Mudah dan Bebas Risiko

Proses ultrasonik dapat ditingkatkan skalanya secara sepenuhnya linear. Artinya, setiap hasil yang telah Anda capai menggunakan sonikator laboratorium atau meja dapat ditingkatkan skalanya dengan mutu hasil yang persis sama menggunakan parameter proses yang persis sama. Hal ini menjadikan ultrasonikasi ideal untuk pengembangan produk dan penerapan selanjutnya dalam manufaktur komersial.

Kualitas Tertinggi – Dirancang dan Diproduksi di Jerman

Sebagai perusahaan milik keluarga yang dikelola oleh keluarga, Hielscher mengutamakan standar kualitas tertinggi untuk prosesor ultrasoniknya. Semua sonikator dirancang, diproduksi, dan diuji secara menyeluruh di kantor pusat kami di Teltow dekat Berlin, Jerman. Ketangguhan dan keandalan peralatan ultrasonik Hielscher menjadikannya andalan dalam produksi Anda. Operasi 24/7 dengan beban penuh dan di lingkungan yang menuntut merupakan karakteristik bawaan sonikator berkinerja tinggi Hielscher.

Anda dapat membeli prosesor ultrasonik Hielscher dalam berbagai ukuran dan dengan konfigurasi yang tepat sesuai kebutuhan proses Anda. Mulai dari pengolahan fluida dalam gelas beker laboratorium kecil hingga pencampuran bubur dan pasta secara kontinu dalam aliran pada skala industri, Hielscher Ultrasonics menawarkan homogenizer berkinerja tinggi yang sesuai untuk Anda! Silakan hubungi kami – kami dengan senang hati merekomendasikan konfigurasi ultrasonik yang ideal untuk Anda!

Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami: