抗生物質の超音波ナノ構造化

抗生物質の超音波支援生産は、薬剤耐性菌に対しても、その有効性を高めることができます:抗生物質耐性菌株の数の増加は、まだ未解決の問題であり、過去数十年以内に抗生物質で成功裏に治療されている細菌感染症は、再び世界的な健康上の脅威となっています。抗生物質の超音波ナノ構造化は、薬剤耐性菌に対するテトラサイクリンなどの抗生物質の有効性を高めるための有望な技術です。

抗生物質と抗生物質耐性菌

抗生物質耐性は、細菌や真菌などの細菌が、それらを殺すように設計された薬を打ち負かす能力を発達させるときに発生します。つまり、細菌は殺されず、成長し続けるのです。抗生物質耐性菌によって引き起こされる感染症は、治療が難しく、時には不可能です。
細菌の抗生物質耐性は、抗生物質の過剰使用と誤用に起因しています。過剰使用と誤用とは、主に不適切な処方箋と広範な農業使用を指します
ペニシリン、テトラサイクリン、メチシリン、エリスロマイシン、ゲンタマイシン、バンコマイシン、イミペメン、セフタジジム、レボフロキサシン、リネゾリド、ダプトマイシン、セフトラロリンなどの一般的な抗生物質では、特定の細菌株が変異し、抗生物質耐性を発症しています。
抗生物質耐性菌の発生の主な原因は、抗生物質の過剰使用と誤用にあります。患者に抗生物質を投与するたびに、敏感な細菌が死滅します。しかし、薬剤治療によって根絶されない耐性菌が存在すると、それらは増殖し増殖します。そのため、抗生物質の不適切な使用が繰り返されると、薬剤耐性菌が増加します。
多剤耐性(MDR)細菌は、細菌を殺すとされる一般的な抗生物質治療に反応しないため、深刻な健康上の脅威です。
グラム陽性病原体の中で、耐性黄色ブドウ球菌(例:メチシリン耐性黄色ブドウ球菌;MRSA)とEnterococcus種が現在最大の脅威となっています。腸内細菌科(例:Klebsiella pneumoniae)、緑膿菌、アシネトバクターレなどのグラム陰性病原体は、利用可能なほぼすべての抗生物質薬の選択肢に耐性を持つようになります。

超音波ナノサイズの抗生物質

ナノサイズの医薬品は、吸収率の増加、バイオアベイラビリティの向上、優れた有効性などにより、ミクロンサイズの薬物分子に優れていることが知られています。抗生物質は、細菌感染症の治療に広く使用されています。しかし、薬剤耐性菌株が急速に発展するにつれ、新たな抗菌薬の開発や既存の抗菌薬の改変が必要になってきています。超音波処理によってテトラサイクリンなどの抗生物質の粒子サイズを小さくすることは、非耐性および耐性細菌株に対する抗生物質の有効性を改善するための1つの容易、迅速かつ有望な戦略です。
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超音波ナノ構造テトラサイクリン

(2018)は、テトラサイクリンを超音波処理して、病原体に対する薬物の有効性を改善しました。彼らの研究では、抗生物質耐性を持つ株である大腸菌Nova Blue TcRと、大腸菌292-116(薬剤耐性なし)を使用しました。一般的な広域抗生物質であるテトラサイクリンは、工業用超音波装置を使用して変更されました UIP1000hdTの (ヒールシャー、ドイツ、左の写真参照)。研究チームは、UIP1000hdTによる音響化学処理により、耐性株に対して最大25%、感受性株に対して最大100%の抗菌特性の有効性が向上することを発見しました。ナノ構造テトラサイクリンを+4°Cで長期保存しても、抗菌特性は低下しません。
振幅、エネルギー入力、および超音波処理時間などの超音波処理パラメータは、感受性細胞と耐性細胞の両方に対する抗菌特性の変化に影響を与える重要な要因として決定されました。
超音波処理は、ナノサイズの薬物粒子のより均一な粒度分布をもたらし、それはより高いバイオアベイラビリティ、バイオアクセシビリティ、ひいてはテトラサイクリン分子の有効性をもたらし得る。
得られたデータは、抗生物質の音響化学的修飾が、薬剤耐性株に対する抗生物質療法に有効な新薬の開発に対する新しい有望で安価なアプローチになり得ることを示しています。

UIP1000hdTによるテトラサイクリンの超音波処理。A – FTIR スペクトル “無料” テトラサイクリン;B - 5分間の超音波処理後のSNテトラサイクリンのFTIRスペクトル。C – サイズ分布ヒストグラム “無料” テトラサイクリン;D – 5分間の超音波処理後のSNテトラサイクリンのサイズ分布ヒストグラム。Kassirov et al. 2018による研究と図。

超音波ナノ構造薬物の利点

超音波処理は、広範囲のナノ構造材料の合成に大きな可能性を提供し、多くの産業で使用されています。抗生物質、抗ウイルス薬および他の医薬品などのナノサイズの医薬品の超音波製造は、これらのナノサイズの薬物がしばしば有意に高い吸収率、バイオアベイラビリティおよび有効性を示すため、非常に有望です。したがって、多くの増強薬物製剤は、薬物分子をナノ構造化するために超音波処理を含み、薬物をナノエマルジョン、ナノリポソーム、ニオソーム、固体脂質ナノ粒子(SLN)、ナノ構造脂質キャリー(NLC)、および他のナノサイズの封入複合体にカプセル化する。

抗菌特性を有するナノ材料の超音波処理は、ナノ構造材料(例えば、ナノ銀、ナノZnO)を合成し、それらを繊維に適用して抗菌医療用繊維および他の機能性布を製造するためにも使用される。例えば、シングルステップ超音波プロセスを使用して、抗菌ZnOナノ粒子を用いた綿織物の耐久性のあるコーティングを製造する。

ナノ構造材料の超音波合成はどのように機能しますか?

超音波処理およびソノケミストリーは、高出力超音波の化学システムへの応用であり、高品質のナノサイズの材料(例えば、ナノ粒子、ナノエマルジョン)を製造するために広く使用されている。超音波処理およびソノケミストリーは、高性能ナノサイズの材料の製造を可能にするか、または促進する。ナノ粒子の超音波合成の利点は、簡便さと有効性です。ナノ構造材料の代替製造方法は、高いバルク温度、圧力、および/または長い反応時間を必要とするが、超音波合成はしばしばナノ材料の容易で迅速かつ効率的な製造を可能にする。高強度超音波によって生成される音響化学的効果と音響力学的効果の両方が、ナノサイズ粒子の合成または機能化/修飾に関与しています。高出力の超音波を液体に結合すると、気泡の形成、成長、および爆縮崩壊である音響キャビテーションが発生し、一次ソノケミストリー(崩壊する気泡の内部で発生する気相化学)、二次ソノケミストリー(気泡の外部で発生する溶液相化学)、およびソノメカニカル/物理的修飾(高速液体ジェット、衝撃波、および/またはスラリー内の粒子間衝突によって引き起こされる)に分類できます。(cf. Hinman and Suslick, 2017)粒子へのキャビテーションの影響は、サイズの縮小、ナノ構造化(ナノ分散、ナノ乳化)、および粒子の機能化と修飾をもたらします。
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ナノ構造医薬品の合成のための超音波プローブ

ヒールシャー超音波は、製薬および食品業界向けの高性能超音波ホモジナイザーの設計、製造、流通、サービスにおいて長年の経験を積んでいます。
高品質のナノサイズの薬物粒子、リポソーム、固体脂質ナノ粒子、高分子ナノ粒子、シクロデキストリン複合体、およびワクチンの調製は、ヒールシャー超音波システムが広く使用され、その高い信頼性と優れた品質の出力で評価されているプロセスです。ヒールシャー超音波装置は、振幅、温度、圧力、超音波処理エネルギーなど、すべてのプロセスパラメータを正確に制御することができます。インテリジェントソフトウェアは、内蔵SDカード上のすべての超音波処理パラメータ(時間、日付、振幅、正味エネルギー、総エネルギー、温度、圧力)を自動的にプロトコル化します。これにより、プロセスと品質管理が大幅に容易になり、GMP(Good Manufacturing Practices)の達成に役立ちます。

あらゆる製品容量に対応する超音波ミキサー

ヒールシャー超音波製品群は、ベンチトップおよびパイロットシステム上のコンパクトなラボ用超音波装置から、1時間あたりのトラック負荷を処理する能力を持つ完全産業用超音波プロセッサまで、超音波プロセッサの全範囲をカバーしています。全製品範囲により、お客様のプロセス容量と目標に最適な超音波せん断ミキサーを提供できます。これにより、小規模なラボ サイズでアプリケーションを開発およびテストし、その後、本番環境の容量まで直線的に拡張できます。小型の超音波ミキサーから高い処理能力へのスケールアップは、超音波混合プロセスを確立されたプロセスパラメータから完全に線形にスケーリングできるため、非常に簡単です。アップスケーリングは、より強力な超音波ミキサーユニットを設置するか、または複数の超音波装置を並行してクラスター化することによって行うことができます。
超音波攪拌機は、液液および固液懸濁液の無菌均質化にも利用されます。

高効率でナノ構造粒子への高振幅化

Hielscher Ultrasonics’ 産業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供できます。最大200μmの振幅は、24/7操作で簡単に連続運転できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。超音波ソノトロード(ホーン、プローブ)とリアクターはオートクレーブ可能です。ヒールシャーの超音波装置の堅牢性は、ヘビーデューティと要求の厳しい環境での24 / 7操作を可能にします。

簡単でリスクのない検査

超音波プロセスは完全に線形スケーリングすることができます。これは、実験室またはベンチトップ超音波装置を使用して達成したすべての結果は、まったく同じプロセスパラメータを使用してまったく同じ出力にスケーリングできることを意味します。これにより、超音波処理は製品開発およびその後の商業製造への実装に理想的です。

最高品質 – ドイツで設計および製造

家族経営の企業として、ヒールシャーは、その超音波プロセッサのための最高の品質基準を優先しています。すべての超音波装置は、ドイツのベルリン近郊のテルトウにある本社で設計、製造、徹底的にテストされています。ヒールシャーの超音波装置の堅牢性と信頼性は、それをあなたの生産の働き者にします。全負荷下で、要求の厳しい環境での24 / 7操作は、ヒールシャーの高性能超音波装置の自然な特性です。

あなたは、任意の異なるサイズでヒールシャー超音波プロセッサを購入し、正確にあなたのプロセス要件に合わせて構成することができます。小さな実験室のビーカーでの液体の処理から、工業レベルでのスラリーとペーストの連続フロースルー混合まで、ヒールシャー超音波はあなたに適切な高性能ホモジナイザーを提供します!お問い合わせください – 私たちはあなたに理想的な超音波セットアップをお勧めしてうれしいです!

以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。