Nanoestruturação ultrassónica de antibióticos

A produção de antibióticos assistida por ultrassons pode aumentar a sua eficácia, mesmo contra bactérias resistentes a medicamentos: o número crescente de estirpes bacterianas resistentes a antibióticos é um problema ainda por resolver, que volta a tornar as infeções bacterianas, tratadas com sucesso com antibióticos nas últimas décadas, uma ameaça à saúde a nível mundial. A nanoestruturação ultrassónica 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 ocorre quando microrganismos como bactérias e fungos desenvolvem a capacidade de contrariar os medicamentos concebidos para os eliminar. Isto significa que os microrganismos não são eliminados e continuam a crescer. As infeções causadas por microrganismos resistentes a antibióticos são difíceis e, por vezes, impossíveis de tratar.
A resistência das bactérias aos antibióticos é atribuída tanto à utilização excessiva como à utilização incorreta de medicamentos antibióticos. A utilização excessiva e incorreta refere-se sobretudo a prescrições inadequadas e à utilização extensiva na agricultura
No caso de antibióticos comuns como penicilin, tetraciclina, meticilina, eritromicina, gentamicina, vancomicina, imipemen, ceftazidima, levofloxacina, linezolida, daptomicina e ceftraroline, certas estirpes bacterianas sofreram mutações e desenvolveram resistência aos antibióticos.
A principal causa do desenvolvimento de bactérias resistentes a antibióticos reside na utilização excessiva e incorreta de medicamentos antibióticos. Sempre que são administrados antibióticos a um doente, as bactérias sensíveis são eliminadas. No entanto, se existirem bactérias resistentes que não sejam erradicadas pelo tratamento medicamentoso, estas crescem e multiplicam-se. Assim, a utilização repetida e inadequada de antibióticos provoca o aumento de bactérias resistentes a medicamentos.
As bactérias multirresistentes (MDR) constituem uma ameaça grave à saúde, uma vez que não respondem ao tratamento antibiótico comum, que deveria eliminar os microrganismos.
Entre os agentes patogénicos Gram-positivos, uma pandemia mundial de S. aureus resistente (por exemplo, Staphylococcus aureus resistente à meticilina; MRSA) e de espécies de Enterococcus constitui atualmente a maior ameaça. Os agentes patogénicos Gram-negativos, como Enterobacteriaceae (por exemplo, Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa e Acinetobacter, estão a tornar-se resistentes a quase todas as opções de medicamentos antibióticos disponíveis.

Antibióticos reduzidos a dimensões nanométricas por ultrassons

Sabe-se que os produtos farmacêuticos de dimensões nanométricas superam as moléculas de medicamentos de dimensões micrométricas, frequentemente devido a taxas de absorção aumentadas, maior biodisponibilidade e eficácia superior. Os antibióticos são amplamente utilizados para tratar infeções bacterianas. No entanto, o rápido desenvolvimento de um número cada vez maior de estirpes bacterianas resistentes a medicamentos torna necessário desenvolver novos medicamentos antibióticos ou modificar os existentes. Reduzir o tamanho das partículas de antibióticos como a tetraciclina através da sonicação é uma estratégia simples, rápida e promissora para melhorar a eficácia dos antibióticos contra estirpes bacterianas não resistentes e resistentes.
Saiba mais sobre nanossuspensões ultrassónicas de princípios ativos farmacêuticos!

Tetraciclina nanoestruturada por ultrassons

Kassirov et al. (2018) trataram a tetraciclina com ultrassons para melhorar a eficácia do medicamento contra agentes patogénicos. No seu estudo, utilizaram Escherichia coli Nova Blue TcR, uma estirpe com resistência a antibióticos, e E. coli 292–116 (sem resistência a medicamentos). A tetraciclina, um antibiótico comum de largo espetro, foi modificada utilizando o sonicador industrial UIP1000hdT (Hielscher, Alemanha; ver imagem à esquerda). A equipa de investigação constatou que o tratamento sonoquímico com o UIP1000hdT aumenta a eficácia das propriedades antibacterianas até 25% contra a estirpe resistente e até 100% contra a estirpe sensível. Mesmo o armazenamento prolongado da tetraciclina nanoestruturada a +4ºC não reduz as propriedades antimicrobianas.
Os parâmetros de processamento ultrassónico, como a amplitude, a energia introduzida e o tempo de sonicação, foram identificados como fatores críticos que influenciam a alteração das propriedades antimicrobianas contra células sensíveis e resistentes.
O tratamento ultrassónico resulta numa distribuição mais uniforme do tamanho das partículas de medicamento de dimensões nanométricas, o que poderá levar a uma maior biodisponibilidade, bioacessibilidade e, consequentemente, eficácia das moléculas de tetraciclina.
Os dados obtidos mostram que a modificação sonoquímica de antibióticos pode ser uma nova abordagem promissora e económica para o desenvolvimento de novos medicamentos eficazes na terapia antibiótica contra estirpes resistentes a medicamentos.

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

Vantagens dos medicamentos nanoestruturados por ultrassons

A ultrassonicação oferece enormes possibilidades para a síntese de um vasto espetro de materiais nanoestruturados e é utilizada em muitas indústrias. A produção ultrassónica de produtos farmacêuticos de dimensões nanométricas, como antibióticos, antivirais e outros medicamentos, é altamente promissora, uma vez que estes medicamentos de dimensões nanométricas apresentam frequentemente uma taxa de absorção, biodisponibilidade e eficácia significativamente superiores. Por isso, muitas formulações melhoradas de medicamentos envolvem a ultrassonicação para nanoestruturar moléculas de medicamentos e encapsular medicamentos em nanoemulsões, nanolipossomas, niossomas, nanopartículas lipídicas sólidas (SLNs), transportadores lipídicos nanoestruturados (NLCs) e outros complexos de inclusão de dimensões nanométricas.

O tratamento ultrassónico de nanomateriais com propriedades antibacterianas é também utilizado para sintetizar materiais nanoestruturados (por exemplo, nanoprata, nano ZnO) e para os aplicar a têxteis, a fim de fabricar têxteis médicos antibacterianos e outros tecidos funcionais. Por exemplo, utiliza-se um processo ultrassónico de uma única etapa para produzir revestimentos duradouros de tecidos de algodão com nanopartículas antibacterianas de ZnO.

Como funciona a síntese ultrassónica de materiais nanoestruturados?

A ultrassonicação e a sonoquímica, que é a aplicação de ultrassons de alta potência a sistemas químicos, são amplamente utilizadas para produzir materiais de dimensões nanométricas de alta qualidade (por exemplo, nanopartículas, nanoemulsões). A sonicação e a sonoquímica permitem ou facilitam a produção de materiais de dimensões nanométricas de elevado desempenho. A vantagem da síntese ultrassónica de nanopartículas é a simplicidade e a eficácia. Enquanto os métodos alternativos de produção de materiais nanoestruturados exigem temperaturas elevadas no meio, pressões elevadas e / ou tempos de reação longos, a síntese ultrassónica permite frequentemente uma produção simples, rápida e eficiente de nanomateriais. Tanto os efeitos sonoquímicos como os sonomecânicos gerados por ultrassons de alta intensidade são responsáveis pela síntese ou funcionalização/modificação de partículas de dimensões nanométricas. O acoplamento de ondas ultrassónicas de alta potência em líquidos resulta em cavitação acústica: a formação, o crescimento e o colapso implosivo de bolhas, e pode ser classificado como sonoquímica primária (química em fase gasosa que ocorre no interior de bolhas em colapso), sonoquímica secundária (química em fase de solução que ocorre fora das bolhas) e modificações sonomecânicas / físicas (causadas por jatos de líquido de alta velocidade, ondas de choque e/ou colisões entre partículas em suspensões). (cf. Hinman and Suslick, 2017) O impacto da cavitação nas partículas resulta na redução do tamanho, na nanoestruturação (nanodispersão, nanoemulsificação), bem como na funcionalização e modificação das partículas.
Saiba mais sobre a moagem e a dispersão ultrassónicas de partículas!

Sondas ultrassónicas para a síntese de produtos farmacêuticos nanoestruturados

A Hielscher Ultrasonic tem uma longa experiência na conceção, no fabrico, na distribuição e na assistência de homogeneizadores ultrassónicos de elevado desempenho para as indústrias farmacêutica e alimentar.
A preparação de partículas de medicamento de dimensões nanométricas de alta qualidade, lipossomas, nanopartículas lipídicas sólidas, nanopartículas poliméricas, complexos de ciclodextrina e vacinas são processos nos quais os sistemas ultrassónicos Hielscher são amplamente utilizados e valorizados pela sua elevada fiabilidade e pela qualidade superior dos resultados. Os sonicadores Hielscher permitem um controlo preciso de todos os parâmetros do processo, como a amplitude, a temperatura, a pressão e a energia de sonicação. O software inteligente regista automaticamente todos os parâmetros de sonicação (hora, data, amplitude, energia líquida, energia total, temperatura, pressão) no cartão SD integrado. Isto facilita significativamente o controlo do processo e da qualidade e ajuda a cumprir as Boas Práticas de Fabrico (GMP).

Misturadores ultrassónicos para todas as capacidades de produção

A gama de produtos da Hielscher Ultrasonics abrange todo o espetro de processadores ultrassónicos, desde sonicadores compactos de laboratório, passando por sistemas de bancada e sistemas piloto, até processadores ultrassónicos totalmente industriais com capacidade para processar cargas de camião por hora. A gama completa de produtos permite-nos oferecer-lhe o misturador ultrassónico de cisalhamento mais adequado à capacidade e aos objetivos do seu processo. Isto permite-lhe desenvolver e testar a sua aplicação a pequena escala laboratorial e depois aumentar linearmente a escala até à capacidade de produção. A passagem de um misturador ultrassónico mais pequeno para capacidades de processamento superiores é muito simples, uma vez que a escala do processo de mistura ultrassónica pode ser aumentada de forma totalmente linear a partir dos parâmetros do processo que estabeleceu. O aumento de escala pode ser realizado instalando uma unidade de mistura ultrassónica mais potente ou agrupando vários sonicadores em paralelo.
Os agitadores ultrassónicos são também utilizados para a homogeneização estéril de suspensões líquido–líquido e sólido–líquido.

Amplitudes elevadas para nanoestruturar partículas com elevada eficiência

Os processadores ultrassónicos industriais da Hielscher Ultrasonics podem fornecer amplitudes muito elevadas. É possível manter facilmente amplitudes de até 200µm de forma contínua em funcionamento 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultrassónicos personalizados. Os sonotrodos ultrassónicos (cornetas, sondas) e os reatores são autoclaváveis. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24/7 em condições de trabalho intensivo e em ambientes exigentes.

Testes simples e sem risco

A escala dos processos ultrassónicos pode ser aumentada de forma totalmente linear. Isto significa que qualquer resultado obtido com um sonicador de laboratório ou de bancada pode ser reproduzido a uma escala maior, com exatamente o mesmo resultado e utilizando exatamente os mesmos parâmetros do processo. Isto torna a ultrassonicação ideal para o desenvolvimento de produtos e a subsequente implementação no fabrico comercial.

A mais alta qualidade – Concebidos e fabricados na Alemanha

Enquanto empresa de propriedade e gestão familiar, a Hielscher dá prioridade aos mais elevados padrões de qualidade para os seus processadores ultrassónicos. Todos os sonicadores são concebidos, fabricados e rigorosamente testados na nossa sede em Teltow, perto de Berlim, na Alemanha. A robustez e a fiabilidade do equipamento ultrassónico da Hielscher tornam-no uma ferramenta incansável na sua produção. O funcionamento 24/7 em plena carga e em ambientes exigentes é uma característica natural dos sonicadores de elevado desempenho da Hielscher.

Pode adquirir processadores ultrassónicos Hielscher em diversos tamanhos e configurados exatamente de acordo com os requisitos do seu processo. Desde o tratamento de fluidos num pequeno copo de laboratório até à mistura de suspensões e pastas em fluxo contínuo à escala industrial, a Hielscher Ultrasonics oferece-lhe um homogeneizador de elevado desempenho adequado! Contacte-nos – teremos todo o gosto em recomendar-lhe a configuração ultrassónica ideal!

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos sonicadores: