Nanoestruturação ultrassônica de antibióticos

A produção de antibióticos assistida por ultrassom pode aumentar sua eficácia, mesmo contra bactérias resistentes a medicamentos: O número crescente de cepas de bactérias resistentes a antibióticos é um problema ainda não resolvido, tornando as infecções bacterianas, que foram tratadas com sucesso com antibióticos nas últimas décadas, uma ameaça à saúde mundial novamente. A nanoestruturação ultrassônica de antibióticos é uma técnica promissora para aumentar a eficácia de antibióticos como a tetraciclina contra bactérias resistentes a medicamentos.

Antibióticos e bactérias resistentes a antibióticos

A resistência aos antibióticos acontece quando germes como bactérias e fungos desenvolvem a capacidade de derrotar os medicamentos projetados para matá-los. Isso significa que os germes não são mortos e continuam a crescer. As infecções causadas por germes resistentes a antibióticos são difíceis e, às vezes, impossíveis de tratar.
A resistência a antibióticos das bactérias é atribuída ao uso excessivo e indevido de antibióticos. O uso excessivo e indevido referem-se principalmente a prescrições inadequadas e uso agrícola extensivo
Para antibióticos comuns, como penicilina, tetraciclina, meticilina, eritromicina, gentamicina, vancomicina, imipemen, ceftazidima, levofloxacina, linezolida, daptomicina e ceftrarolina, certas cepas de bactérias sofreram mutação e desenvolveram resistência a antibióticos.
A principal causa do desenvolvimento de bactérias resistentes a antibióticos está no uso excessivo e indevido de antibióticos. Toda vez que um paciente recebe antibióticos, bactérias sensíveis são mortas. No entanto, se houver bactérias resistentes, que não são erradicadas pelo tratamento medicamentoso, elas crescem e se multiplicam. Assim, o uso repetido e inadequado de antibióticos causa o aumento de bactérias resistentes a medicamentos.
As bactérias multirresistentes (MDR) são uma séria ameaça à saúde, pois não respondem ao tratamento antibiótico comum, que supostamente mata os germes.
Entre os patógenos gram-positivos, uma pandemia global de S. aureus resistente (por exemplo, Staphylococcus aureus resistente à meticilina; MRSA) e Enterococcus atualmente representa a maior ameaça. Patógenos Gram-negativos, como Enterobacteriaceae (por exemplo, Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa e Acinetobacter, estão se tornando resistentes a quase todas as opções de antibióticos disponíveis.

Antibióticos ultrassônicos de tamanho nanométrico

Os produtos farmacêuticos nanométricos são conhecidos por superar as moléculas de medicamentos do tamanho de mícrons, muitas vezes devido ao aumento das taxas de absorção, maior biodisponibilidade e eficácia superior. Os antibióticos são amplamente utilizados para tratar infecções bacterianas. No entanto, o rápido desenvolvimento de cepas de bactérias cada vez mais resistentes a medicamentos torna necessário o desenvolvimento de novos antibióticos ou a modificação de medicamentos antibióticos existentes. Reduzir o tamanho das partículas de antibióticos como a tetraciclina via sonicação é uma estratégia fácil, rápida e promissora para melhorar a eficácia dos antibióticos contra cepas de bactérias não resistentes e resistentes.
Leia mais sobre nanosuspensões ultrassônicas de APIs farmacêuticos!

Tetraciclina ultrassônica nanoestruturada

Kassirov et al. (2018) trataram a tetraciclina por ultrassom para melhorar a eficácia do medicamento contra patógenos. Em seu estudo, eles usaram Escherichia coli Nova Blue TcR, uma cepa com resistência a antibióticos, e E. coli 292-116 (sem resistência a medicamentos). A tetraciclina, um antibiótico comum de amplo espectro, foi modificada usando ultrassônico industrial UIP1000hdT (Hielscher, Alemanha; veja a foto à esquerda). A equipe de pesquisa descobriu que o tratamento sonoquímico com o UIP1000hdT aumenta a eficácia das propriedades antibacterianas em até 25% contra a cepa resistente e até 100% contra a cepa sensível. Mesmo um armazenamento de longo prazo da tetraciclina nanoestruturada a +4ºC não reduz as propriedades antimicrobianas.
Os parâmetros de processamento ultrassônico, como amplitude, entrada de energia e tempo de sonicação, foram determinados como fatores críticos que influenciam a mudança nas propriedades antimicrobianas contra células sensíveis e resistentes.
O tratamento ultrassônico resulta em uma distribuição de tamanho de partícula mais uniforme de partículas de drogas de tamanho nanométrico, o que pode levar a uma maior biodisponibilidade, bioacessibilidade e, portanto, eficácia das moléculas de tetraciclina.
Os dados obtidos mostram que a modificação sonoquímica de antibióticos pode ser uma nova abordagem promissora e barata para o desenvolvimento de novos fármacos eficazes para a antibioticoterapia contra cepas de resistência a fármacos.

Sonicação de tetraciclina com o UIP1000hdT.
A – Espectros FTIR de tetraciclina "livre"; B – Espectros FTIR de SN tetraciclina após 5 min de sonicação; C – Histograma de distribuição de tamanho da tetraciclina "livre"; D – Histograma de distribuição de tamanho da tetraciclina SN após 5 min de sonicação.
Estudo e figura de Kassirov et al. 2018.

Vantagens dos medicamentos nanoestruturados ultrassônicos

A ultrassonografia oferece enormes possibilidades para a síntese de um amplo espectro de materiais nanoestruturados e é usada em muitas indústrias. A produção ultrassônica de produtos farmacêuticos nanométricos, como antibióticos, antivirais e outros medicamentos, é altamente promissora, pois esses medicamentos nanométricos geralmente apresentam uma taxa de absorção, biodisponibilidade e eficácia significativamente mais altas. Portanto, muitas formulações aprimoradas de medicamentos envolvem ultrassom para nanoestruturar moléculas de medicamentos, encapsular medicamentos em nanoemulsões, nanolipossomas, niossomos, nanopartículas lipídicas sólidas (SLNs), transportadores lipídicos nanoestruturados (NLCs) e outros complexos de inclusão nanométricos.

O tratamento ultrassônico de nanomateriais com propriedades antibacterianas também é usado para sintetizar materiais nanoestruturados (por exemplo, nanoprata, nano ZnO) e aplicá-los a têxteis para fabricar têxteis médicos antibacterianos e outros tecidos funcionais. Por exemplo, um processo ultrassônico de etapa única é usado para fabricar revestimentos duráveis de tecidos de algodão com nanopartículas antibacterianas de ZnO.

Como funciona a síntese ultrassônica de materiais nanoestruturados?

A ultrassonografia e a sonoquímica, que é a aplicação do ultrassom de alta potência a sistemas químicos, são amplamente utilizadas para produzir materiais nanométricos de alta qualidade (por exemplo, nanopartículas, nanoemulsões). A sonicação e a sonoquímica permitem ou facilitam a produção de materiais nanométricos de alto desempenho. A vantagem da síntese ultrassônica de nanopartículas é a simplicidade e eficácia. Embora os métodos alternativos de produção de materiais nanoestruturados exijam altas temperaturas, pressões e/ou longos tempos de reação, a síntese ultrassônica geralmente permite uma produção fácil, rápida e eficiente de nanomateriais. Tanto os efeitos sonoquímicos quanto os sonomecânicos gerados pelo ultrassom de alta intensidade são responsáveis pela síntese ou funcionalização/modificação de partículas nanométricas. O acoplamento de ondas ultrassônicas de alta potência em líquidos resulta em cavitação acústica: a formação, crescimento e colapso implosivo de bolhas e pode ser categorizado como sonoquímica primária (química em fase gasosa ocorrendo dentro de bolhas em colapso), sonoquímica secundária (química em fase de solução ocorrendo fora das bolhas) e modificações sonomecânicas / físicas (causadas por jatos de líquido de alta velocidade, ondas de choque e / ou colisões entre partículas em pastas). (cf. Hinman e Suslick, 2017) O impacto cavitacional nas partículas resulta em redução de tamanho, nanoestruturação (nanodispersão, nanoemulsificação), bem como na funcionalização e modificação de partículas.
Leia mais sobre fresagem ultrassônica e dispersão de partículas!

Sondas ultrassônicas para a síntese de produtos farmacêuticos nanoestruturados

A Hielscher Ultrasonic tem uma longa experiência no projeto, fabricação, distribuição e serviço de homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para a indústria farmacêutica e alimentícia.
A preparação de partículas de medicamentos nanométricos de alta qualidade, lipossomas, nanopartículas lipídicas sólidas, nanopartículas poliméricas, complexos de ciclodextrina e vacinas são processos nos quais os sistemas ultrassônicos Hielscher são amplamente utilizados e são valorizados por sua alta confiabilidade e qualidade superior. Os ultrasonicadores Hielscher permitem um controle preciso sobre todos os parâmetros do processo, como amplitude, temperatura, pressão e energia de sonicação. O software inteligente protocola automaticamente todos os parâmetros de sonicação (hora, data, amplitude, energia líquida, energia total, temperatura, pressão) no cartão SD integrado. Isso facilita significativamente o processo e o controle de qualidade e ajuda a cumprir as Boas Práticas de Fabricação (GMP).

Misturadores ultrassônicos para cada capacidade de produto

A linha de produtos Hielscher Ultrasonics abrange todo o espectro de processadores ultrassônicos, desde ultrassônicos compactos de laboratório, passando por sistemas piloto e de bancada, até processadores ultrassônicos totalmente industriais com capacidade para processar cargas de caminhão por hora. A gama completa de produtos nos permite oferecer o misturador de cisalhamento ultrassônico mais adequado para sua capacidade e objetivos de processo. Isso permite que você desenvolva e teste seu aplicativo em um pequeno laboratório e dimensione-o linearmente para a capacidade de produção. A expansão de um misturador ultrassônico menor para capacidades de processamento mais altas é muito simples, pois o processo de mistura ultrassônica pode ser completamente dimensionado de forma linear a partir dos parâmetros de processo estabelecidos. O aumento de escala pode ser feito instalando uma unidade de mistura ultrassônica mais potente ou agrupando vários ultrassônicos em paralelo.
Os agitadores ultrassônicos também são utilizados para homogeneização estéril de suspensões líquido-líquido e sólido-líquido.

Altas amplitudes para partículas nanoestruturais com alta eficiência

Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultrassônicos industriais podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, estão disponíveis sonotrodos ultrassônicos personalizados. Os sonotrodos ultrassônicos (buzinas, sondas) e reatores são autoclaváveis. A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes.

Testes fáceis e sem riscos

Os processos ultrassônicos podem ser completamente lineares. Isso significa que todos os resultados obtidos usando um ultrassônico de laboratório ou de bancada podem ser dimensionados exatamente para a mesma saída usando exatamente os mesmos parâmetros de processo. Isso torna a ultrassonografia ideal para o desenvolvimento de produtos e subsequente implementação na fabricação comercial.

A mais alta qualidade – Projetado e fabricado na Alemanha

Como uma empresa familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultrassônicos são projetados, fabricados e exaustivamente testados em nossa sede em Teltow, perto de Berlim, Alemanha. A robustez e a confiabilidade do equipamento ultrassônico da Hielscher o tornam um cavalo de batalha em sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma característica natural dos ultrassônicos de alto desempenho da Hielscher.

Você pode comprar processadores ultrassônicos Hielscher em qualquer tamanho diferente e configurados exatamente de acordo com os requisitos do seu processo. Desde o tratamento de fluidos em um pequeno béquer de laboratório até a mistura contínua de pastas e pastas em nível industrial, a Hielscher Ultrasonics oferece um homogeneizador de alto desempenho adequado para você! Entre em contato conosco – Temos o prazer de recomendar a você a configuração ultrassônica ideal!

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos: