Ultradźwiękowa Nanostrukturyzacja Antybiotyków

Ultradźwiękowo wspomagana produkcja antybiotyków może zwiększyć ich skuteczność, eben przeciwko bakteriom opornym na leki: Rosnąca liczba szczepów bakterii opornych na antybiotyki jest wciąż nierozwiązanym problemem, co sprawia, że infekcje bakteryjne, które w ciągu ostatnich dziesięcioleci były z powodzeniem leczone antybiotykami, ponownie stanowią zagrożenie dla zdrowia na całym świecie. Ultrasonograficzna nanostruktura antybiotyków jest obiecującą techniką zwiększania skuteczności antybiotyków, takich jak tetracyklina, przeciwko bakteriom opornym na leki.

Antybiotyki i bakterie odporne na antybiotyki

Oporność na antybiotyki występuje, gdy zarazki, takie jak bakterie i grzyby, rozwijają zdolność do pokonywania leków przeznaczonych do ich zabijania. Oznacza to, że zarazki nie są zabijane i nadal rosną. Infekcje wywołane przez zarazki odporne na antybiotyki są trudne, a czasami wręcz niemożliwe do wyleczenia.
Oporność bakterii na antybiotyki jest przypisywana nadużywaniu, jak również niewłaściwemu stosowaniu antybiotyków. Nadużywanie i niewłaściwe stosowanie odnosi się głównie do niewłaściwych recept i ekstensywnego stosowania w rolnictwie.
W przypadku powszechnie stosowanych antybiotyków, takich jak penicylina, tetracyklina, metycylina, erytromycyna, gentamycyna, wankomycyna, imipemen, ceftazydym, lewofloksacyna, linezolid, daptomycyna i ceftracylina, niektóre szczepy bakterii zmutowały i rozwinęły odporność na antybiotyki.
Główna przyczyna rozwoju bakterii opornych na antybiotyki leży w nadużywaniu i niewłaściwym stosowaniu antybiotyków. Za każdym razem, gdy pacjentowi podawane są antybiotyki, zabijane są wrażliwe bakterie. Jeśli jednak istnieją bakterie oporne, które nie zostaną wyeliminowane przez leczenie lekiem, rosną i rozmnażają się. Tym samym wielokrotne i niewłaściwe stosowanie antybiotyków powoduje wzrost bakterii opornych na leki.
Bakterie wielolekooporne (MDR) są poważnym zagrożeniem dla zdrowia, ponieważ nie reagują na powszechne leczenie antybiotykami, które ma zabijać zarazki.
Wśród patogenów gram-dodatnich największe zagrożenie stanowi obecnie globalna pandemia opornego S. aureus (np. metycylinoopornego Staphylococcus aureus; MRSA) i Enterococcus. Gram-ujemne patogeny, takie jak Enterobacteriaceae (np. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa i Acinetobacterare, stają się oporne na prawie wszystkie dostępne opcje antybiotykowe.

Antybiotyki ultradźwiękowe Nano-Size

Nano-farmaceutyki są znane z tego, że przewyższają mikronowe cząsteczki leków często ze względu na zwiększoną absorpcję, większą biodostępność i wyższą skuteczność. Antybiotyki są szeroko stosowane w leczeniu infekcji bakteryjnych. Jednak szybki rozwój coraz bardziej opornych na leki szczepów bakterii sprawia, że konieczne jest opracowanie nowych lub modyfikacja istniejących leków antybiotykowych. Zmniejszenie wielkości cząsteczek antybiotyków, takich jak tetracyklina, za pomocą sonikacji jest jedną z łatwych, szybkich i obiecujących strategii poprawy skuteczności antybiotyków przeciwko nieodpornym i opornym szczepom bakterii.
Read more about Ultradźwiękowe nanosuspensje farmaceutycznych API!

Ultrasonicznie NanoStrukturalna Tetracyklina

Kassirov i wsp. (2018) leczyli tetracyklinę ultrasonicznie, aby poprawić skuteczność leku przeciwko patogenom. W swoich badaniach stosowali Escherichia coli Nova Blue TcR, szczep o oporności na antybiotyki, oraz E. coli 292-116 (bez oporności na leki). Tetracyklina, powszechnie stosowany antybiotyk o szerokim spektrum działania, została zmodyfikowana przy użyciu przemysłowego ultrasonografu. UIP1000hdT (Hielscher, Niemcy; patrz zdjęcie po lewej). Zespół badawczy stwierdził, że leczenie sonochemiczne przy użyciu UIP1000hdT zwiększa skuteczność właściwości antybakteryjnych do 25% w stosunku do szczepu odpornego i do 100% w stosunku do szczepu wrażliwego. Nawet długotrwałe przechowywanie nanostrukturalnej tetracykliny w temperaturze +4ºC nie zmniejsza właściwości antybakteryjnych.
Parametry przetwarzania ultradźwiękowego, takie jak amplituda, pobór energii i czas sonacji zostały określone jako krytyczne czynniki wpływające na zmianę właściwości przeciwdrobnoustrojowych zarówno w odniesieniu do komórek wrażliwych, jak i opornych.
Leczenie ultradźwiękowe powoduje bardziej równomierny rozkład wielkości cząsteczek nanocząsteczek leku, co może prowadzić do zwiększenia biodostępności, biodostępności, a tym samym skuteczności cząsteczek tetracykliny.
Uzyskane dane wskazują, że sonochemiczna modyfikacja antybiotyków może być nowym, obiecującym i tanim podejściem do rozwoju nowych leków skutecznych w antybiotykoterapii przeciwko szczepom opornym na leki.

Sonizacja tetracykliny z UIP1000hdT.
A - widma FTIR "wolnej" tetracykliny; B - widma FTIR tetracykliny SN po 5-minutowej sonacji; C - histogram rozkładu wielkości "wolnej" tetracykliny; D – Histogram rozkładu wielkości tetracykliny SN po 5-minutowej sonacji.
Studium i rysunek Kassirowa i in. 2018.

Zalety Nanostrukturyzowanych Środków Ultrasonograficznych

Ultrasonizacja oferuje ogromne możliwości syntezy szerokiego spektrum materiałów nanostrukturalnych i znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Ultradźwiękowa produkcja farmaceutyków o rozmiarach nano, takich jak antybiotyki, leki przeciwwirusowe i inne, jest bardzo obiecująca, ponieważ te nano-wymiary leków wykazują często znacznie wyższy współczynnik absorpcji, biodostępność i skuteczność. Dlatego też wiele ulepszonych form użytkowych leków polega na ultrasonice w celu nanostrukturyzacji cząsteczek leku, enkapsulacji leków w nanoemulsje, nano-lipozypozyty, niosomy, nanocząsteczki stało-lipidowe (SLN), nanostrukturalne nośniki lipidowe (NLC) i inne nanowymiarowe kompleksy inkluzyjne.

Ultradźwiękową obróbkę nanomateriałów o właściwościach antybakteryjnych stosuje się również do syntezy materiałów nanostrukturalnych (np. nanosrebro, nano ZnO) oraz do nanoszenia ich na tekstylia w celu wytworzenia antybakteryjnych tekstyliów medycznych i innych materiałów funkcjonalnych. Przykładowo, jednostopniowy proces ultradźwiękowy jest wykorzystywany do wytwarzania trwałych powłok z tkanin bawełnianych z antybakteryjnymi nanocząsteczkami ZnO.

Jak działa Ultradźwiękowa Synteza Materiałów Nano-strukturalnych?

Ultradźwięki i sonochemia, czyli zastosowanie ultradźwięków wysokiej mocy w układach chemicznych, są szeroko stosowane do produkcji wysokiej jakości materiałów nano-wymiarowych (np. nanocząstek, nanoemulsji). Sonikacja i sonochemia umożliwiają lub ułatwiają wytwarzanie wysokowydajnych materiałów nanowymiarowych. Zaletą ultradźwiękowej syntezy nanocząstek jest prostota i skuteczność. Podczas gdy alternatywne metody produkcji materiałów nanostrukturalnych wymagają wysokiej temperatury objętościowej, ciśnienia i / lub długiego czasu reakcji, synteza ultradźwiękowa często pozwala na łatwe, szybkie i efektywne wytwarzanie nanomateriałów. Zarówno efekty sonochemiczne jak i sonomechaniczne generowane przez ultradźwięki o dużej intensywności odpowiadają za syntezę lub funkcjonalizację/modyfikację nanocząstek. Sprzężenie fal ultradźwiękowych o dużej mocy z cieczami powoduje kawitację akustyczną: powstawanie, wzrost i wybuchowe zapadanie się pęcherzyków, a także można je zaklasyfikować jako sonochemię pierwotną (chemia gazowo-fazowa zachodząca wewnątrz zapadających się pęcherzyków), sonochemię wtórną (chemia roztworowa zachodząca poza pęcherzykami) oraz modyfikacje sonomechaniczno-fizyczne (spowodowane szybkimi strumieniami cieczy, falami uderzeniowymi i/lub zderzeniami międzycząsteczek w zawiesinach). (por. Hinman i Suslick, 2017) Kawitacyjne oddziaływanie na cząstki powoduje redukcję rozmiarów, nano-strukturę (nanodyspersję, nano-emulsyfikację), a także funkcjonalizację i modyfikację cząstek.
Przeczytaj więcej o frezowaniu ultradźwiękowym i rozpraszaniu cząstek!

Sondy ultradźwiękowe do syntezy nanofarmaceutyków strukturalnych

Firma Hielscher Ultrasonic posiada wieloletnie doświadczenie w projektowaniu, produkcji, dystrybucji i serwisie wysokowydajnych homogenizatorów ultradźwiękowych dla przemysłu farmaceutycznego i spożywczego.
Przygotowywanie wysokiej jakości nanocząsteczek leków, liposomów, stałych nanocząsteczek lipidowych, nanocząsteczek polimerowych, kompleksów cyklodekstrynowych i szczepionek to procesy, w których systemy ultradźwiękowe firmy Hielscher są szeroko stosowane i cenione za ich wysoką niezawodność i najwyższą jakość wykonania. Ultradźwięki firmy Hielscher pozwalają na precyzyjną kontrolę nad wszystkimi parametrami procesu, takimi jak amplituda, temperatura, ciśnienie i energia sonacji. Inteligentne oprogramowanie automatycznie protokołuje wszystkie parametry sonacji (czas, datę, amplitudę, energię netto, energię całkowitą, temperaturę, ciśnienie) na wbudowanej karcie SD. Ułatwia to w znacznym stopniu kontrolę procesu i jakości oraz pomaga w realizacji Dobrych Praktyk Produkcyjnych (GMP).

Miksery ultradźwiękowe dla każdej pojemności produktu

Asortyment produktów Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych, począwszy od kompaktowych laboratoryjnych ultrasonografów, poprzez systemy stacjonarne i pilotażowe, aż po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe o wydajności umożliwiającej przetwarzanie ciężarówek na godzinę. Pełna gama produktów pozwala nam zaoferować Państwu najbardziej odpowiednie mieszalniki ultradźwiękowe dla Państwa wydajności procesu i celów. Pozwala to na opracowanie i przetestowanie aplikacji w małym laboratorium, a następnie liniowe skalowanie jej do wydajności produkcyjnej. Skalowanie od małego mieszalnika ultradźwiękowego do większych mocy produkcyjnych jest bardzo proste, ponieważ proces mieszania ultradźwiękowego może być całkowicie liniowo skalowany na podstawie ustalonych przez Państwa parametrów procesu. Skalowanie może być wykonane przez zainstalowanie mocniejszego mieszadła ultradźwiękowego lub równoległe połączenie kilku mieszadeł ultradźwiękowych.
Mieszadła ultradźwiękowe są również wykorzystywane do sterylnej homogenizacji zawiesin ciecz-ciecz i ciało stałe-ciecz.

Wysokie amplitudy dla cząsteczek nanostrukturalnych o wysokiej wydajności

Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo duże amplitudy. Amplitudy do 200µm można z łatwością pracować w trybie ciągłym w trybie 24/7. Dla jeszcze większych amplitud dostępne są indywidualne sondy ultradźwiękowe. Sonody ultradźwiękowe (rogi, sondy) i reaktory są autoklawowalne. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.

Łatwe, wolne od ryzyka testowanie

Procesy ultradźwiękowe mogą być całkowicie liniowo skalowane. Oznacza to, że każdy wynik uzyskany za pomocą laboratorium lub stacjonarnego ultrasonografu może być skalowany na dokładnie taką samą wydajność przy użyciu dokładnie takich samych parametrów procesu. Dzięki temu ultradźwięki są idealne do opracowywania produktów, a następnie wdrażania ich do produkcji komercyjnej.

Najwyższa jakość – Zaprojektowane i wyprodukowane w Niemczech

Jako firma rodzinna i prowadzona przez rodzinę, Hielscher stawia na najwyższą jakość swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultradźwięki są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Solidność i niezawodność urządzeń ultradźwiękowych firmy Hielscher czyni z nich konia roboczego w Państwa produkcji. Praca 24/7 przy pełnym obciążeniu i w wymagających środowiskach jest naturalną cechą ultrasonografów Hielscher o wysokiej wydajności.

Możesz kupić ultradźwiękowe procesory Hielscher w różnych rozmiarach i dokładnie skonfigurowane do Twoich wymagań procesowych. Od obróbki płynów w małej zlewce laboratoryjnej do ciągłego mieszania zawiesin i past na poziomie przemysłowym, Hielscher Ultrasonics oferuje odpowiedni homogenizator o wysokiej wydajności dla Ciebie! Prosimy o kontakt z nami – Chętnie polecimy Państwu idealną konfigurację ultradźwiękową!

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators: