Nanoestruturação ultra-sónica de antibióticos

A produção de antibióticos assistida por ultra-sons pode aumentar a sua eficácia, mesmo contra bactérias resistentes aos medicamentos: O número crescente de estirpes de bactérias resistentes aos antibióticos é um problema ainda não resolvido que faz com que as infecções bacterianas, que foram tratadas com sucesso com antibióticos nas últimas décadas, voltem a ser uma ameaça para a saúde mundial. A nanoestruturação ultra-sónica de antibióticos é uma técnica promissora para aumentar a eficácia de antibióticos como a tetraciclina contra bactérias resistentes.

Antibióticos e bactérias resistentes a antibióticos

A resistência aos antibióticos ocorre quando germes como as bactérias e os fungos desenvolvem a capacidade de derrotar os medicamentos concebidos para os matar. Isto significa que os germes não são mortos e continuam a crescer. As infecções causadas por germes resistentes aos antibióticos são difíceis, e por vezes impossíveis, de tratar.
A resistência das bactérias aos antibióticos é atribuída à utilização excessiva e incorrecta de medicamentos antibióticos. A sobreutilização e a utilização incorrecta referem-se principalmente a prescrições inadequadas e à utilização extensiva na agricultura
No caso dos antibióticos comuns, como a penicilina, a tetraciclina, a meticilina, a eritromicina, a gentamicina, a vancomicina, o imipémen, a ceftazidima, a levofloxacina, a linezolida, a daptomicina e a ceftrarolina, certas estirpes de bactérias sofreram mutações e desenvolveram resistência aos antibióticos.
A principal causa do desenvolvimento de bactérias resistentes aos antibióticos reside na utilização excessiva e incorrecta de medicamentos antibióticos. Sempre que se administram antibióticos a um doente, as bactérias sensíveis são mortas. No entanto, se existirem bactérias resistentes, que não são erradicadas pelo tratamento medicamentoso, elas crescem e multiplicam-se. Assim, o uso repetido e inadequado de antibióticos causa o aumento de bactérias resistentes aos medicamentos.
As bactérias multirresistentes (MDR) são uma ameaça grave para a saúde, uma vez que não respondem ao tratamento comum com antibióticos, que é suposto matar os germes.
Entre os agentes patogénicos gram-positivos, uma pandemia global de S. aureus resistente (por exemplo, Staphylococcus aureus resistente à meticilina; MRSA) e espécies de Enterococcus representa atualmente a maior ameaça. Os agentes patogénicos Gram-negativos, como as Enterobacteriaceae (por exemplo, Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa e Acinetobacter, estão a tornar-se resistentes a quase todas as opções de antibióticos disponíveis.

Antibióticos ultra-sónicos de dimensão nanométrica

Sabe-se que os produtos farmacêuticos de dimensão nanométrica são superiores às moléculas de medicamentos de dimensão micrométrica, frequentemente devido a taxas de absorção mais elevadas, maior biodisponibilidade e eficácia superior. Os antibióticos são amplamente utilizados para tratar infecções bacterianas. No entanto, o rápido desenvolvimento de cada vez mais estirpes de bactérias resistentes aos medicamentos torna necessário o desenvolvimento de novos fármacos antibióticos ou a modificação dos já existentes. A redução do tamanho das partículas de antibióticos como a tetraciclina através da sonicação é uma estratégia fácil, rápida e promissora para melhorar a eficácia dos antibióticos contra estirpes de bactérias não resistentes e resistentes.
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Tetraciclina nanoestruturada por ultra-sons

Kassirov et al. (2018) trataram a tetraciclina ultrassonicamente 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 drogas). A tetraciclina, um antibiótico comum de largo espetro, foi modificada utilizando um ultrassom industrial UIP1000hdt (Hielscher, Alemanha; ver imagem à esquerda). A equipa de investigação descobriu 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 um armazenamento a longo prazo da tetraciclina nanoestruturada a +4ºC não reduz as propriedades antimicrobianas.
Os parâmetros de processamento ultrassónico, tais como a amplitude, a entrada de energia e o tempo de sonicação, foram determinados como factores críticos que influenciam a alteração das propriedades antimicrobianas contra as células sensíveis e resistentes.
O tratamento ultrassónico resulta numa distribuição granulométrica mais uniforme das partículas nanométricas do fármaco, o que pode conduzir 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 barata para o desenvolvimento de novos medicamentos eficazes para a terapia antibiótica contra estirpes resistentes a medicamentos.

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

Vantagens dos medicamentos nanoestruturados por ultra-sons

A ultra-sons oferece enormes possibilidades para a síntese de um amplo espetro de materiais nanoestruturados e é utilizada em muitas indústrias. A produção ultra-sónica de produtos farmacêuticos de dimensão nanométrica, tais como antibióticos, antivirais e outros medicamentos, é altamente promissora, uma vez que estes medicamentos de dimensão nanométrica apresentam frequentemente uma taxa de absorção, biodisponibilidade e eficácia significativamente mais elevadas. Por conseguinte, muitas formulações de fármacos melhoradas envolvem ultra-sons para nanoestruturar moléculas de fármacos, encapsular fármacos em nano-emulsões, nano-lipossomas, niosomas, nanopartículas lipídicas sólidas (SLNs), cargas lipídicas nano-estruturadas (NLCs) e outros complexos de inclusão de tamanho nanométrico.

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

Como funciona a síntese ultra-sónica de materiais nano-estruturados?

A ultrassonografia e a sonoquímica, que é a aplicação de ultra-sons de alta potência a sistemas químicos, são amplamente utilizadas para produzir materiais nanométricos de alta qualidade (por exemplo, nanopartículas, nano-emulsões). A sonicação e a sonoquímica permitem ou facilitam a produção de materiais nanométricos de elevado desempenho. A vantagem da síntese ultra-sónica de nanopartículas é a simplicidade e a eficácia. Enquanto os métodos alternativos de produção de materiais nano-estruturados requerem altas temperaturas, pressões e / ou longos tempos de reação, a síntese ultra-sónica permite frequentemente uma produção fácil, rápida e eficiente de nanomateriais. Ambos, efeitos sonoquímicos e sonomecânicos gerados por ultra-sons de alta intensidade são responsáveis pela síntese ou funcionalização/modificação de partículas de tamanho nano. O acoplamento de ondas ultra-sônicas 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 de fase gasosa que ocorre dentro de bolhas em colapso), sonoquímica secundária (química de fase de solução que ocorre fora das bolhas) e modificações sonomecânicas / físicas (causadas por jatos líquidos 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 (nano-dispersão, nano-emulsificação), bem como na funcionalização e modificação de partículas.
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Sondas ultra-sónicas para a síntese de produtos farmacêuticos nano-estruturados

A Hielscher Ultrasonic tem uma longa experiência na conceção, fabrico, distribuição e serviço de homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho para a indústria farmacêutica e alimentar.
A preparação de partículas de fármacos de tamanho nanométrico de alta qualidade, lipossomas, nanopartículas lipídicas sólidas, nanopartículas poliméricas, complexos de ciclodextrina e vacinas são processos em que os sistemas de ultra-sons Hielscher são amplamente utilizados e são valorizados pela sua elevada fiabilidade e resultados de qualidade superior. Os ultrassons Hielscher permitem um controlo preciso de todos os parâmetros do processo, tais 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 incorporado. Isto facilita significativamente o processo e o controlo de qualidade e ajuda a cumprir as Boas Práticas de Fabrico (BPF).

Misturadores de ultra-sons para cada capacidade de produto

A gama de produtos da Hielscher Ultrasonics abrange todo o espetro de processadores ultra-sónicos, desde ultra-sons compactos de laboratório, passando por sistemas de bancada e sistemas-piloto, até processadores ultra-sónicos totalmente industriais com capacidade para processar cargas de camiões por hora. A gama completa de produtos permite-nos oferecer-lhe o misturador de corte ultrassónico mais adequado à sua capacidade e objectivos de processamento. Isto permite-lhe desenvolver e testar a sua aplicação em pequenas dimensões de laboratório e escalá-la linearmente até à capacidade de produção. O aumento de escala de um misturador ultrassónico mais pequeno para capacidades de processamento mais elevadas é muito simples, uma vez que o processo de mistura ultra-sónica pode ser completamente escalonado de forma linear a partir dos parâmetros de processo estabelecidos. O aumento de escala pode ser feito através da instalação de uma unidade misturadora de ultra-sons mais potente ou do agrupamento de vários ultra-sons em paralelo.
Os agitadores ultra-sónicos são igualmente utilizados para a homogeneização estéril de suspensões líquido-líquido e sólido-líquido.

Amplitudes elevadas para partículas nanoestruturadas com elevada eficiência

Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem fornecer amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. Os sonotrodos ultra-sónicos (cornetas, sondas) e os reactores são autoclaváveis. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite uma operação 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes.

Testes fáceis e sem riscos

Os processos ultra-sónicos podem ser escalonados de forma completamente linear. Isto significa que todos os resultados obtidos com a utilização de um ultrassonicador de laboratório ou de bancada podem ser escalados exatamente para o mesmo resultado, utilizando exatamente os mesmos parâmetros de processo. Isto torna a ultrassonografia ideal para o desenvolvimento de produtos e subsequente implementação no fabrico comercial.

Qualidade mais elevada – Concebido e fabricado na Alemanha

Sendo uma empresa familiar, a Hielscher dá prioridade aos mais elevados padrões de qualidade para os seus processadores ultra-sónicos. Todos os ultrassons são concebidos, fabricados e exaustivamente testados na nossa sede em Teltow, perto de Berlim, na Alemanha. A robustez e a fiabilidade do equipamento ultrassónico da Hielscher fazem dele um cavalo de batalha na sua produção. O funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, a plena carga e em ambientes exigentes é uma caraterística natural dos ultrassons de alto desempenho da Hielscher.

Pode comprar processadores ultra-sónicos Hielscher em qualquer tamanho diferente e configurados exatamente para os requisitos do seu processo. Desde o tratamento de fluidos num pequeno copo de laboratório até à mistura contínua de polpas e pastas a nível industrial, a Hielscher Ultrasonics oferece um homogeneizador de alto desempenho adequado para si! Por favor contacte-nos – temos todo o prazer em recomendar-lhe a configuração ultra-sónica ideal!

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: