Antibiotiku nanostrukturēšana ar ultraskaņu

Antibiotiku ražošana ar ultraskaņas palīdzību var palielināt to efektivitāti pat pret zālēm rezistentām baktērijām: pieaugošais pret antibiotikām rezistentu baktēriju celmu skaits ir joprojām neatrisināta problēma, kuras dēļ bakteriālās infekcijas, kas pēdējās desmitgadēs veiksmīgi ārstētas ar antibiotikām, atkal kļūst par veselības apdraudējumu visā pasaulē. Antibiotiku nanostrukturēšana ar ultraskaņu ir daudzsološa metode tādu antibiotiku kā tetraciklīns efektivitātes palielināšanai pret zālēm rezistentām baktērijām.

Antibiotikas un pret antibiotikām rezistentas baktērijas

Rezistence pret antibiotikām rodas, kad tādi mikroorganismi kā baktērijas un sēnes attīsta spēju pretoties zālēm, kas paredzētas to iznīcināšanai. Tas nozīmē, ka mikroorganismi netiek iznīcināti un turpina augt. Pret antibiotikām rezistentu mikroorganismu izraisītas infekcijas ir grūti un dažkārt pat neiespējami ārstēt.
Baktēriju rezistence pret antibiotikām tiek saistīta gan ar pārmērīgu, gan nepareizu antibiotiku lietošanu. Pārmērīga un nepareiza lietošana galvenokārt attiecas uz neatbilstošu antibiotiku izrakstīšanu un plašu lietošanu lauksaimniecībā.
Daži baktēriju celmi ir mutējuši un attīstījuši rezistenci pret tādām bieži lietotām antibiotikām kā penicilīns, tetraciklīns, meticilīns, eritromicīns, gentamicīns, vankomicīns, imipenēms, ceftazidīms, levofloksacīns, linezolīds, daptomicīns un ceftarolīns.
Galvenais pret antibiotikām rezistentu baktēriju rašanās cēlonis ir pārmērīga un nepareiza antibiotiku lietošana. Ikreiz, kad pacientam ievada antibiotikas, jutīgās baktērijas tiek iznīcinātas. Tomēr, ja ir rezistentas baktērijas, kuras ārstēšana ar zālēm neiznīcina, tās aug un vairojas. Tādējādi atkārtota un neatbilstoša antibiotiku lietošana izraisa pret zālēm rezistentu baktēriju skaita pieaugumu.
Pret vairākām zālēm rezistentas (MDR) baktērijas nopietni apdraud veselību, jo tās nereaģē uz parasto ārstēšanu ar antibiotikām, kurai būtu jāiznīcina mikroorganismi.
Gram pozitīvo patogēnu vidū pašlaik vislielāko apdraudējumu rada rezistentu S. aureus (piemēram, pret meticilīnu rezistenta Staphylococcus aureus; MRSA) un Enterococcus sugu globāla pandēmija. Gram negatīvie patogēni, piemēram, Enterobacteriaceae (piemēram, Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa un Acinetobacter, kļūst rezistenti pret gandrīz visām pieejamajām antibiotiku izvēles iespējām.

Līdz nanoizmēram ar ultraskaņu samazinātas antibiotikas

Ir zināms, ka nanoizmēra farmaceitiskie preparāti bieži pārspēj mikrometru izmēra zāļu molekulas, pateicoties lielākam uzsūkšanās ātrumam, augstākai biopieejamībai un labākai efektivitātei. Antibiotikas plaši izmanto bakteriālu infekciju ārstēšanai. Tomēr aizvien lielāka skaita pret zālēm rezistentu baktēriju celmu straujā attīstība rada nepieciešamību izstrādāt jaunas antibiotikas vai modificēt esošās. Tādu antibiotiku kā tetraciklīns daļiņu izmēra samazināšana, apstrādājot tās ar ultraskaņu, ir viena no vienkāršām, ātrām un daudzsološām stratēģijām antibiotiku efektivitātes uzlabošanai pret nerezistentiem un rezistentiem baktēriju celmiem.
Lasiet vairāk par farmaceitisko aktīvo vielu nanosuspensijām, kas iegūtas ar ultraskaņu!

Ar ultraskaņu nanostrukturēts tetraciklīns

Kassirov et al. (2018) apstrādāja tetraciklīnu ar ultraskaņu, lai uzlabotu šo zāļu efektivitāti pret patogēniem. Savā pētījumā viņi izmantoja pret antibiotikām rezistentu celmu Escherichia coli Nova Blue TcR un E. coli 292–116 (bez rezistences pret zālēm). Tetraciklīns, bieži lietota plaša spektra antibiotika, tika modificēts, izmantojot rūpniecisko ultraskaņas apstrādes ierīci UIP1000hdT (Hielscher, Vācija; skatiet attēlu pa kreisi). Pētnieku grupa konstatēja, ka sonoķīmiskā apstrāde ar UIP1000hdT palielina antibakteriālo īpašību efektivitāti līdz 25% pret rezistento celmu un līdz 100% pret jutīgo celmu. Pat nanostrukturētā tetraciklīna ilgstoša uzglabāšana +4ºC temperatūrā nemazina tā pretmikrobu īpašības.
Ultraskaņas apstrādes parametri, piemēram, amplitūda, ievadītā enerģija un apstrādes ar ultraskaņu ilgums, tika noteikti kā kritiski faktori, kas ietekmē pretmikrobu īpašību izmaiņas gan pret jutīgām, gan rezistentām šūnām.
Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina vienmērīgāku nanoizmēra zāļu daļiņu izmēru sadalījumu, kas varētu palielināt tetraciklīna molekulu biopieejamību, biopiekļūstamību un līdz ar to arī efektivitāti.
Iegūtie dati liecina, ka antibiotiku sonoķīmiskā modificēšana var būt jauna, daudzsološa un lēta pieeja jaunu zāļu izstrādei, kas ir efektīvas antibiotiku terapijā pret pret zālēm rezistentiem celmiem.

Tetraciklīna apstrāde ar ultraskaņu, izmantojot UIP1000hdT.
A – “brīvā” tetraciklīna FTIR spektri; B – SN tetraciklīna FTIR spektri pēc 5 min apstrādes ar ultraskaņu; C – “brīvā” tetraciklīna izmēru sadalījuma histogramma; D – SN tetraciklīna izmēru sadalījuma histogramma pēc 5 min apstrādes ar ultraskaņu.
Pētījums un attēls: Kassirov et al. 2018.

Ar ultraskaņu nanostrukturētu zāļu priekšrocības

Apstrāde ar ultraskaņu paver milzīgas iespējas plaša nanostrukturētu materiālu klāsta sintēzei un tiek izmantota daudzās nozarēs. Nanoizmēra farmaceitisko preparātu, piemēram, antibiotiku, pretvīrusu līdzekļu un citu zāļu, ražošana ar ultraskaņu ir ļoti daudzsološa, jo šīm nanoizmēra zālēm bieži ir ievērojami lielāks uzsūkšanās ātrums, augstāka biopieejamība un efektivitāte. Tāpēc daudzu uzlabotu zāļu formu izstrādē izmanto apstrādi ar ultraskaņu, lai nanostrukturētu zāļu molekulas un iekapsulētu zāles nanoemulsijās, nanoliposomās, niosomās, cieto lipīdu nanodaļiņās (SLNs), nanostrukturētos lipīdu nesējos (NLCs) un citos nanoizmēra ieslēguma kompleksos.

Antibakteriālu nanomateriālu apstrādi ar ultraskaņu izmanto arī nanostrukturētu materiālu (piemēram, nanosudraba, nano ZnO) sintēzei un to uzklāšanai uz tekstilmateriāliem, lai ražotu antibakteriālus medicīniskos tekstilmateriālus un citus funkcionālus audumus. Piemēram, vienpakāpes ultraskaņas procesu izmanto, lai uz kokvilnas audumiem izveidotu izturīgus pārklājumus ar antibakteriālām ZnO nanodaļiņām.

Kā darbojas nanostrukturētu materiālu sintēze ar ultraskaņu?

Apstrādi ar ultraskaņu un sonoķīmiju, kas ir lielas jaudas ultraskaņas izmantošana ķīmiskās sistēmās, plaši izmanto augstas kvalitātes nanoizmēra materiālu (piemēram, nanodaļiņu, nanoemulsiju) ražošanai. Apstrāde ar ultraskaņu un sonoķīmija ļauj ražot vai atvieglo augstas veiktspējas nanoizmēra materiālu ražošanu. Nanodaļiņu sintēzes ar ultraskaņu priekšrocība ir vienkāršība un efektivitāte. Lai gan alternatīvām nanostrukturētu materiālu ražošanas metodēm nepieciešama augsta temperatūra visā materiāla tilpumā, augsts spiediens un / vai ilgs reakcijas laiks, sintēze ar ultraskaņu bieži ļauj vienkārši, ātri un efektīvi ražot nanomateriālus. Gan sonoķīmiskie, gan sonomehāniskie efekti, ko rada augstas intensitātes ultraskaņa, nodrošina nanoizmēra daļiņu sintēzi vai funkcionalizēšanu/modificēšanu. Lielas jaudas ultraskaņas viļņu ievadīšana šķidrumos izraisa akustisko kavitāciju: burbuļu veidošanos, augšanu un implozīvu sabrukšanu; tās iedarbību var iedalīt primārajā sonoķīmijā (ķīmiskie procesi gāzes fāzē sabrūkošo burbuļu iekšienē), sekundārajā sonoķīmijā (ķīmiskie procesi šķīduma fāzē ārpus burbuļiem) un sonomehāniskās / fizikālās modifikācijās (ko izraisa liela ātruma šķidruma strūklas, triecienviļņi un/vai daļiņu savstarpējās sadursmes suspensijās). (sal. Hinman un Suslick, 2017) Kavitācijas iedarbība uz daļiņām izraisa to izmēra samazināšanos, nanostrukturēšanu (nanodisperģēšanu, nanoemulģēšanu), kā arī daļiņu funkcionalizēšanu un modificēšanu.
Lasiet vairāk par daļiņu malšanu un disperģēšanu ar ultraskaņu!

Ultraskaņas zondes nanostrukturētu farmaceitisko preparātu sintēzei

Hielscher Ultrasonic ir ilggadēja pieredze augstas veiktspējas ultraskaņas homogenizatoru projektēšanā, ražošanā, izplatīšanā un apkopē farmācijas un pārtikas rūpniecības vajadzībām.
Augstas kvalitātes nanoizmēra zāļu daļiņu, liposomu, cieto lipīdu nanodaļiņu, polimēru nanodaļiņu, ciklodekstrīnu kompleksu un vakcīnu sagatavošana ir procesi, kuros plaši izmanto Hielscher ultraskaņas sistēmas un novērtē to augsto uzticamību un iegūtā produkta izcilo kvalitāti. Hielscher ultraskaņas iekārtas ļauj precīzi kontrolēt visus procesa parametrus, piemēram, amplitūdu, temperatūru, spiedienu un apstrādes ar ultraskaņu enerģiju. Viedā programmatūra iebūvētajā SD kartē automātiski reģistrē visus apstrādes ar ultraskaņu parametrus (laiku, datumu, amplitūdu, neto enerģiju, kopējo enerģiju, temperatūru, spiedienu). Tas ievērojami atvieglo procesa un kvalitātes kontroli un palīdz ievērot labas ražošanas prakses (GMP) prasības.

Ultraskaņas maisītāji jebkurai ražošanas jaudai

Hielscher Ultrasonics produktu klāsts aptver visu ultraskaņas procesoru spektru – no kompaktām laboratorijas ultraskaņas iekārtām līdz galda un pilotiekārtām un pilnībā rūpnieciskajiem ultraskaņas procesoriem, kuru apstrādes jauda ļauj stundā apstrādāt kravas automašīnu kravu apjomus. Pilnais produktu klāsts ļauj mums piedāvāt jūsu procesa jaudai un mērķiem vispiemērotāko ultraskaņas bīdes maisītāju. Tas ļauj izstrādāt un pārbaudīt savu pielietojumu nelielā laboratorijas mērogā un pēc tam to lineāri mērogot līdz ražošanas jaudai. Pāreja no mazāka ultraskaņas maisītāja uz lielāku apstrādes jaudu ir ļoti vienkārša, jo ultraskaņas maisīšanas procesu var pilnībā lineāri mērogot, balstoties uz jūsu jau noteiktajiem procesa parametriem. Jaudu var palielināt, uzstādot jaudīgāku ultraskaņas maisītāju vai apvienojot vairākas ultraskaņas iekārtas paralēlā sistēmā.
Ultraskaņas maisītājus izmanto arī šķidruma–šķidruma un cietas vielas–šķidruma suspensiju sterilai homogenizēšanai.

Lielas amplitūdas daļiņu nanostrukturēšanai ar augstu efektivitāti

Hielscher Ultrasonics rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas. Amplitūdas līdz 200µm var viegli uzturēt nepārtrauktā 24/7 darbības režīmā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejamas individuāli pielāgotas ultraskaņas sonotrodes. Ultraskaņas sonotrodes (ragi, zondes) un reaktori ir autoklavējami. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj nodrošināt 24/7 darbību ar lielu slodzi un sarežģītos apstākļos.

Vienkārša testēšana bez riska

Ultraskaņas procesus var mērogot pilnīgi lineāri. Tas nozīmē, ka ikvienu rezultātu, ko esat sasnieguši, izmantojot laboratorijas vai galda ultraskaņas iekārtu, var mērogot, iegūstot tieši tādu pašu rezultātu ar precīzi tādiem pašiem procesa parametriem. Tādēļ apstrāde ar ultraskaņu ir ideāli piemērota produktu izstrādei un turpmākai ieviešanai komerciālā ražošanā.

Visaugstākā kvalitāte – projektēts un ražots Vācijā

Hielscher kā ģimenei piederošs un ģimenes vadīts uzņēmums saviem ultraskaņas procesoriem par prioritāti izvirza visaugstākos kvalitātes standartus. Visas ultraskaņas iekārtas tiek projektētas, ražotas un rūpīgi pārbaudītas mūsu galvenajā mītnē Teltovā, netālu no Berlīnes, Vācijā. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība un uzticamība padara tās par jūsu ražošanas darba zirgiem. Darbība 24/7 režīmā ar pilnu slodzi un sarežģītos apstākļos ir Hielscher augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtām raksturīga īpašība.

Jūs varat iegādāties dažādu izmēru Hielscher ultraskaņas procesorus, kas ir precīzi konfigurēti atbilstoši jūsu procesa prasībām. No šķidrumu apstrādes nelielā laboratorijas vārglāzē līdz nepārtrauktai suspensiju un pastu maisīšanai caurplūdē rūpnieciskā mērogā – Hielscher Ultrasonics piedāvā jums piemērotu augstas veiktspējas homogenizatoru! Lūdzu, sazinieties ar mums – mēs labprāt ieteiksim jums ideāli piemērotu ultraskaņas iekārtu konfigurāciju!

Tālāk sniegtā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes ražīgumu: