Zāļu ražošana: apstrāde ar ultraskaņu veido biogēno zāļu nākotni

Ultraskaņa vairs nav tikai laboratorijas instruments. Farmaceitiskajā ražošanā apstrāde ar ultraskaņu kļūst par jaudīgu tehnoloģiju, kas paver iespējas biogēno zāļu ražošanai – tās ir no dabiskiem bioloģiskiem avotiem iegūtas zāles, kas apvieno efektivitāti ar ilgtspēju. Šeit iepazīstinām ar jauna pētījuma rezultātiem par zelta nanodaļiņām, kas iegūtas ar brokoļu starpniecību; šis pētījums ilustrē, kā apstrāde ar ultraskaņu savieno zaļo ķīmiju ar progresīvu zāļu izstrādi.

Kas tad notiek, kad augstas intensitātes ultraskaņa sastopas ar augu bioķīmiju?

No brokoļiem līdz biogēnām zālēm

Biogēno zāļu ražošana balstās uz tādām bioaktīvām molekulām kā polifenoli, flavonoīdi, glikozinolāti un peptīdi. Šie savienojumi var darboties kā reducētāji, stabilizatori un pat terapeitiski aktīvas molekulu daļas. Tomēr to efektīva ekstrahēšana un aktivēšana vienmēr ir bijusi ierobežojošais posms.

Nesen publicētā pētījumā pētnieki pierādīja, ka brokoļu ūdens ekstraktu var izmantot, lai sintezētu zelta nanodaļiņas ar izteiktām antioksidatīvām, brūču dzīšanu veicinošām un selektīvām pretvēža īpašībām. Būtiski, ka sintēze tika veikta ultraskaņas iedarbībā, izmantojot 200 vatu ultraskaņas apstrādes ierīci UP200St (Hielscher Ultrasonics, attēlā pa kreisi). Apstrāde ar ultraskaņu nebija pasīvs posms – tā bija virzītājspēks, kas nodrošināja ātru nanodaļiņu veidošanos, kontrolētu izmēru sadalījumu un stabilas biofunkcionālas virsmas.

Dažu minūšu laikā ultraskaņas izraisītā kavitācija radīja lokālas mikrovides ar augstu enerģiju. Šie apstākļi paātrināja zelta jonu reducēšanos, vienlaikus saglabājot jutīgās fitoķīmiskās vielas, kas nodrošina bioloģisko aktivitāti.
Rezultāts? Vienmērīgas, īpaši mazas zelta nanodaļiņas, kuru virsmu klāj no brokoļiem iegūtas biomolekulas un kuras ir pielāgotas biomedicīniskai lietošanai.

Tieši šeit rūpnieciskā apstrāde ar ultraskaņu parāda savu spēku.

AuNPs zaļā sintēze, izmantojot Brassica oleracea ekstraktu. Ūdens ekstrakts ultraskaņas sintēzes procesā darbojas gan kā reducētājs, gan kā stabilizators. Brokoļu ekstraktam, to apstrādājot ar ultraskaņas apstrādes ierīci UP200St, pa pilienam pievieno hloraurīnskābi, pēc tam veic inkubāciju 4◦C temperatūrā 24 h, lai ļautu veidoties nanodaļiņām. Koloidālo suspensiju pēc tam atkārtoti apstrādā ar ultraskaņu un centrifugē, lai atdalītu neizreaģējušos komponentus, iegūstot attīrītas AuNPs ar stabilu dispersiju.

Kāpēc apstrādei ar ultraskaņu ir nozīme biogēno zāļu ražošanā

Apstrāde ar ultraskaņu ievada šķidrumos mehānisko enerģiju ar akustiskās kavitācijas palīdzību – mikroskopisku burbulīšu veidošanos un saplakšanu. Farmaceitiskajā un biotehnoloģiskajā ražošanā tas nodrošina vairākas izšķirošas priekšrocības:

1. Paaugstināta ekstrakcijas efektivitāte
   Apstrāde ar ultraskaņu sagrauj augu šūnapvalkus, ātri un reproducējami atbrīvojot šūnās esošos bioaktīvos savienojumus. Salīdzinājumā ar tradicionālo ekstrakciju iznākums ir lielāks, šķīdinātāju patēriņš ir mazāks un apstrādes laiks ir krasi saīsināts.
2. Kontrolēta nanosintēze
   Nanodaļiņu zaļajā sintēzē apstrāde ar ultraskaņu veicina vienmērīgu kristalizācijas centru veidošanos un ierobežo nekontrolētu augšanu. Tas nodrošina šauru daļiņu izmēru sadalījumu – būtisku parametru zāļu piegādei, bioloģiskajam sadalījumam un drošumam.
3. Saudzīgi apstrādes apstākļi
   Ekstrakciju un sintēzi ar ultraskaņu var veikt zemā temperatūrā. Tas ir būtiski, strādājot ar siltumjutīgām biomolekulām, piemēram, enzīmiem, antioksidantiem vai sēru saturošiem savienojumiem, tādiem kā brokoļos esošais sulforafāns.
4. Mērogojamība un reproducējamība
   Atšķirībā no ķīmiskajām reakcijām, kas ir atkarīgas no partijas, ultraskaņas procesi mērogojas lineāri. Ar atbilstošu aprīkojumu laboratorijas mēroga protokolus var tieši pārnest uz pilotražošanu vai rūpniecisko ražošanu.

Īsumā, apstrāde ar ultraskaņu ir ne tikai ātrāka – tā ir arī precīzāka.

UV un redzamās gaismas spektrālā analīze, kas apstiprina AuNPs veidošanos, tās sintezējot ar Brassica oleracea var. italica ekstraktu. SPR maksimums pie 560 nm norāda uz veiksmīgu Au3+ reducēšanos līdz Au⁰ un stabilu AuNPs veidošanos, kuru virsmu klāj fitoķīmiskās vielas.