Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Nanostrutturazione ad ultrasuoni di antibiotici

La produzione di antibiotici con l'aiuto di ultrasuoni può aumentare la loro efficacia, eben contro i batteri resistenti ai farmaci: Il numero crescente di ceppi di batteri resistenti agli antibiotici è un problema ancora irrisolto che rende le infezioni batteriche, che sono state trattate con successo con gli antibiotici negli ultimi decenni, una nuova minaccia per la salute in tutto il mondo. La nanostrutturazione ad ultrasuoni degli antibiotici è una tecnica promettente per aumentare l'efficacia di antibiotici come la tetraciclina contro i batteri resistenti ai farmaci.

Antibiotici e batteri resistenti agli antibiotici

I batteri Escherichia coli sono lisati in modo affidabile utilizzando omogeneizzatori di tessuti a ultrasuoni.La resistenza agli antibiotici avviene quando germi come batteri e funghi sviluppano la capacità di sconfiggere i farmaci progettati per ucciderli. Ciò significa che i germi non vengono uccisi e continuano a crescere. Le infezioni causate da germi resistenti agli antibiotici sono difficili, e a volte impossibili, da trattare.
La resistenza agli antibiotici dei batteri è attribuita all'uso eccessivo e all'uso improprio di farmaci antibiotici. L'uso eccessivo e l'uso improprio si riferiscono principalmente a prescrizioni inappropriate e all'uso agricolo estensivo
Per gli antibiotici comuni come penicilina, tetraciclina, meticillina, eritromicina, gentamicina, vancomicina, imipemen, ceftazidime, levofloxacina, linezolid, daptomicina e ceftrarolina, alcuni ceppi di batteri sono mutati e hanno sviluppato una resistenza agli antibiotici.
La causa principale dello sviluppo di batteri resistenti agli antibiotici risiede nell'uso eccessivo e nell'abuso di farmaci antibiotici. Ogni volta che a un paziente vengono somministrati antibiotici, i batteri sensibili vengono uccisi. Tuttavia, se ci sono batteri resistenti, che non vengono eliminati dal trattamento farmacologico, crescono e si moltiplicano. In questo modo, l'uso ripetuto e inappropriato di antibiotici provoca l'aumento di batteri resistenti ai farmaci.
I batteri Multi-Drug Resistant (MDR) sono una seria minaccia per la salute, poiché non rispondono ai comuni trattamenti antibiotici, che dovrebbero uccidere i germi.
Tra gli agenti patogeni gram-positivi, una pandemia globale di S. aureus resistente (ad esempio, Staphylococcus aureus resistente alla meticillina; MRSA) e di Enterococcus rappresenta attualmente la minaccia maggiore. Gli agenti patogeni Gram-negativi come le Enterobacteriaceae (ad esempio, Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa e Acinetobacter stanno diventando resistenti a quasi tutte le opzioni di farmaci antibiotici disponibili.

Ultrasonic processor UIP1000hdT for the nano-structuring of antibiotics in order to increase their effectiveness against antibiotic-resistant bacteria strains.

UIP1000hdT – un potente processore ad ultrasuoni da 1kW per la nano-strutturazione di antibiotici come la tetraciclina per aumentare la loro efficacia contro i batteri resistenti agli antibiotici

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Antibiotici a ultrasuoni nanometrici

I prodotti farmaceutici di dimensioni nanometriche sono noti per eccellere nelle molecole di farmaci di dimensioni micron spesso a causa dell'aumento dei tassi di assorbimento, della maggiore biodisponibilità e dell'efficacia superiore. Gli antibiotici sono ampiamente utilizzati per trattare le infezioni batteriche. Tuttavia, il rapido sviluppo di ceppi batterici sempre più resistenti ai farmaci rende necessario lo sviluppo di nuovi farmaci antibiotici o la modifica di quelli esistenti. La riduzione delle dimensioni delle particelle di antibiotici come la tetraciclina tramite sonicazione è una strategia facile, rapida e promettente per migliorare l'efficacia degli antibiotici contro i ceppi di batteri non resistenti e resistenti.

Tetraciclina nanostrutturata ad ultrasuoni

La UIP1000hdT può essere utilizzata sia per la sonicazione del becher che con il reattore della cella a flusso (Click to enlarge!).Kassirov et al. (2018) hanno trattato la tetraciclina ad ultrasuoni per migliorare l'efficacia del farmaco contro gli agenti patogeni. Nel loro studio, hanno usato Escherichia coli Nova Blue TcR, un ceppo con resistenza agli antibiotici, e E. coli 292-116 (senza resistenza ai farmaci). La tetraciclina, un comune antibiotico ad ampio spettro, è stato modificato con l'uso di ultrasuoni industriali UIP1000hdT (Hielscher, Germania; vedi foto a sinistra). Il team di ricerca ha scoperto che il trattamento sonochemical con il UIP1000hdT aumenta l'efficacia delle proprietà antibatteriche fino al 25% contro il ceppo resistente e fino al 100% contro il ceppo sensibile. Anche una conservazione a lungo termine della tetraciclina nanostrutturata a +4ºC non riduce le proprietà antimicrobiche.
I parametri di elaborazione ad ultrasuoni come l'ampiezza, l'energia in ingresso e il tempo di sonicazione sono stati determinati come fattori critici che influenzano il cambiamento delle proprietà antimicrobiche contro le cellule sensibili e resistenti.
Il trattamento a ultrasuoni permette di ottenere una distribuzione più uniforme della dimensione delle particelle delle particelle di farmaco di dimensioni nanometriche, che potrebbe portare ad una maggiore biodisponibilità, bioaccessibilità e quindi efficacia delle molecole di tetraciclina.
I dati ottenuti mostrano che la modificazione ecochimica degli antibiotici può essere un nuovo approccio promettente ed economico per lo sviluppo di nuovi farmaci efficaci per la terapia antibiotica contro i ceppi di resistenza ai farmaci.

Ultrasonic nanostructuring of the antibiotic drug tetracycline increases the effectiveness against drug-resistant bacteria.

Sonicazione di tetraciclina con la UIP1000hdT.
A - Spettri FTIR della tetraciclina "libera"; B - Spettri FTIR della tetraciclina SN dopo 5 minuti di sonicazione; C - Istogramma della distribuzione dimensionale della tetraciclina "libera"; D – Istogramma della distribuzione dimensionale della tetraciclina SN dopo 5 minuti di sonicazione.
Studio e figura di Kassirov et al. 2018.

Processore ad ultrasuoni UIP2000hdT (2kW) con reattore batch agitato

Processore ad ultrasuoni UIP2000hdT (2kW) con reattore batch

Vantaggi dei farmaci nanostrutturati ad ultrasuoni

L'ultrasonicazione offre enormi possibilità per la sintesi di un ampio spettro di materiali nanostrutturati ed è utilizzata in molti settori industriali. La produzione ad ultrasuoni di prodotti farmaceutici di dimensioni nanometriche come antibiotici, antivirali e altri farmaci è molto promettente, poiché questi farmaci di dimensioni nanometriche mostrano spesso un tasso di assorbimento, una biodisponibilità e un'efficacia significativamente più elevati. Pertanto, molte formulazioni di farmaci migliorate prevedono l'uso di ultrasuoni per nanostrutturare le molecole di farmaci, incapsulare i farmaci in nano-emulsioni, nano-liposomi, niosomi, nanoparticelle lipidiche solide (SLN), nanostrutturati lipidici portatori (NLC) e altri complessi di inclusione di dimensioni nanometriche.

Formulazione ad ultrasuoni di farmaci nano-dimensionati

  • Nano-emulsioni ad ultrasuoni
  • Liposomi ad ultrasuoni
  • Niosomi ad ultrasuoni
  • Nanoparticelle lipidiche solide ad ultrasuoni (SLN)
  • Portamateriali lipidici nanostrutturati ad ultrasuoni (NLC)
  • Completamento dell'inclusione a ultrasuoni
  • Nanoparticelle drogate ad ultrasuoni e funzionalizzate
  • Formulazioni di vaccini a ultrasuoni
  • Formulazione ad ultrasuoni del vaccino intranasale

Il trattamento ad ultrasuoni dei nanomateriali con proprietà antibatteriche viene utilizzato anche per sintetizzare materiali nanostrutturati (ad es. nanoargento, nano ZnO) e per applicarli ai tessuti al fine di produrre tessuti medicali antibatterici e altri tessuti funzionali. Ad esempio, un processo a ultrasuoni in un unico passaggio viene utilizzato per fabbricare rivestimenti durevoli di tessuti di cotone con nanoparticelle antibatteriche di ZnO.

Il vantaggio della sintesi ad ultrasuoni dei farmaci nano-dimensionati

  • Riduzione delle dimensioni delle particelle ad alte prestazioni
  • Controllo esatto dei parametri di processo
  • Processo veloce
  • Non termico, controllo preciso della temperatura
  • Scalabilità lineare
  • Riproducibilità
  • Standardizzazione dei processi / GMP
  • Sonde e reattori autoclavabili
  • CIP / SIP
  • Controllo esatto della dimensione delle particelle e dell'incapsulamento
  • Elevato carico di farmaci di sostanze attive

Come funziona la sintesi ad ultrasuoni di materiali nanostrutturati?

L'ecografia e la ecochimica, che è l'applicazione degli ultrasuoni ad alta potenza ai sistemi chimici, sono ampiamente utilizzate per produrre materiali di alta qualità di dimensioni nanometriche (ad esempio, nanoparticelle, nano-emulsioni). L'ecografia e l'ecochimica consentono o facilitano la produzione di materiali ad alte prestazioni di dimensioni nanometriche. Il vantaggio della sintesi ad ultrasuoni delle nano-particelle è la semplicità e l'efficacia. Mentre metodi di produzione alternativi di materiali nanostrutturati richiedono elevate temperature di massa, pressioni e/o lunghi tempi di reazione, la sintesi ad ultrasuoni permette spesso una produzione facile, rapida ed efficiente di nanomateriali. Entrambi, gli effetti sono-chimici e sonomeccanici generati dagli ultrasuoni ad alta intensità sono responsabili della sintesi o funzionalizzazione/modifica di particelle di dimensioni nanometriche. L'accoppiamento di onde ultrasoniche ad alta potenza in liquidi provoca la cavitazione acustica: la formazione, la crescita e il collasso implosivo delle bolle, e può essere classificato come sonochemistry primaria (chimica della fase gassosa che si verifica all'interno di bolle che collassano), sonochemistry secondaria (chimica della fase di soluzione che si verifica all'esterno delle bolle), e modifiche sonomeccaniche / fisiche (causate da getti di liquido ad alta velocità, onde d'urto, e / o collisioni interparticellari nei fanghi). (cfr. Hinman e Suslick, 2017) L'impatto cavitazionale sulle particelle comporta la riduzione delle dimensioni, la nanostrutturazione (nano-dispersione, nano-emulsificazione), nonché la funzionalizzazione e la modificazione delle particelle.
Per saperne di più sulla fresatura ad ultrasuoni e la dispersione delle particelle!

Nanostrutturazione ad ultrasuoni di particelle

Sonde ad ultrasuoni per la sintesi di prodotti farmaceutici nanostrutturati

Hielscher Ultrasonic ha una lunga esperienza nella progettazione, produzione, distribuzione e assistenza di omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per l'industria farmaceutica e alimentare.
La preparazione di particelle di droga di alta qualità di dimensioni nanometriche, liposomi, nanoparticelle lipidiche solide, nanoparticelle polimeriche, complessi di ciclodestrina e vaccini sono processi in cui i sistemi ad ultrasuoni Hielscher sono ampiamente utilizzati e sono apprezzati per la loro alta affidabilità e la qualità superiore della produzione. Gli ultrasuoni Hielscher consentono un controllo preciso di tutti i parametri di processo, come l'ampiezza, la temperatura, la pressione e l'energia di sonicazione. Il software intelligente protocolla automaticamente tutti i parametri di sonicazione (ora, data, ampiezza, energia netta, energia totale, temperatura, pressione) sulla scheda SD integrata. Questo facilita notevolmente il controllo del processo e della qualità e aiuta a rispettare le Buone Pratiche di Fabbricazione (GMP).

Miscelatori ad ultrasuoni per ogni capacità di prodotto

Controllo preciso dei parametri di processo a ultrasuoni da parte di Hielscher Ultrasonics' software intelligenteLa gamma di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l'intero spettro dei processori ad ultrasuoni, dai compatti ultrasuoni da laboratorio ai sistemi da banco e pilota fino ai processori ad ultrasuoni completamente industriali con la capacità di processare carichi di camion all'ora. L'intera gamma di prodotti ci permette di offrirvi il miscelatore a taglio a ultrasuoni più adatto alle vostre capacità di processo e ai vostri obiettivi. Questo vi permette di sviluppare e testare la vostra applicazione in piccole dimensioni di laboratorio e di scalarla poi linearmente alla capacità di produzione. Lo scale-up da un miscelatore ad ultrasuoni più piccolo a capacità di processo più elevate è molto semplice, poiché il processo di miscelazione ad ultrasuoni può essere scalato in modo completamente lineare a partire dai vostri parametri di processo stabiliti. L'up-scaling può essere effettuato sia installando un'unità di miscelazione ad ultrasuoni più potente sia raggruppando diversi ultrasuoni in parallelo.

Elevate ampiezze alle particelle di nanostrutture ad alta efficienza

Ultrasuoni Hielscher’ I processori industriali ad ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora più elevate, sono disponibili sonotrodi ad ultrasuoni personalizzati. I sonotrodi ad ultrasuoni (corni, sonde) e i reattori sono autoclavabili. La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni di Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.

Test facili e senza rischi

I processi ad ultrasuoni possono essere scalati in modo completamente lineare. Ciò significa che ogni risultato ottenuto usando un laboratorio o un ultrasuonatore da banco, può essere scalato esattamente alla stessa uscita usando esattamente gli stessi parametri di processo. Ciò rende gli ultrasuoni ideali per lo sviluppo del prodotto e la successiva implementazione nella produzione commerciale.

Massima qualità – Progettato e prodotto in Germania

In quanto azienda a conduzione familiare e a conduzione familiare, Hielscher dà la priorità ai più alti standard di qualità per i suoi processori a ultrasuoni. Tutti gli ultrasuoni sono progettati, prodotti e accuratamente testati nella nostra sede centrale di Teltow vicino a Berlino, Germania. La robustezza e l'affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher ne fanno un cavallo di battaglia nella vostra produzione. Il funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico e in ambienti difficili è una caratteristica naturale degli ultrasuoni ad alte prestazioni di Hielscher.

Potete acquistare i processori ad ultrasuoni Hielscher in qualsiasi dimensione e configurati esattamente in base alle vostre esigenze di processo. Dal trattamento di fluidi in un piccolo beaker da laboratorio alla miscelazione continua di fanghi e paste a livello industriale, Hielscher Ultrasonics offre un omogeneizzatore ad alte prestazioni adatto a voi! Contattateci – siamo lieti di consigliarvi la configurazione ad ultrasuoni ideale!

UP400St for molecularly imprinted polymer synthesis

UP400St – Potente processore ad ultrasuoni da 400W per applicazioni sono-chimiche

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
1 - 500mL 10 - 200mL/min UP100H
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.

Letteratura / Referenze