Nanostructurarea cu ultrasunete a antibioticelor

Producția antibioticelor asistată de ultrasunete le poate crește eficacitatea, chiar și împotriva bacteriilor rezistente la medicamente: numărul tot mai mare de tulpini bacteriene rezistente la antibiotice este o problemă încă nerezolvată, care face ca infecțiile bacteriene, tratate cu succes cu antibiotice în ultimele decenii, să devină din nou o amenințare la adresa sănătății la nivel mondial. Nanostructurarea cu ultrasunete a antibioticelor este o tehnică promițătoare pentru creșterea eficacității antibioticelor, precum tetraciclina, împotriva bacteriilor rezistente la medicamente.

Antibiotice și bacterii rezistente la antibiotice

Rezistența la antibiotice apare atunci când germeni precum bacteriile și fungii dezvoltă capacitatea de a învinge medicamentele concepute pentru a-i distruge. Aceasta înseamnă că germenii nu sunt distruși și continuă să se înmulțească. Infecțiile cauzate de germeni rezistenți la antibiotice sunt greu, iar uneori imposibil, de tratat.
Rezistența bacteriilor la antibiotice este atribuită utilizării excesive, precum și utilizării necorespunzătoare a medicamentelor antibiotice. Utilizarea excesivă și utilizarea necorespunzătoare se referă în principal la prescrierile inadecvate și la utilizarea extensivă în agricultură.
Pentru antibiotice uzuale precum penicilin, tetraciclina, meticilina, eritromicina, gentamicina, vancomicina, imipemen, ceftazidima, levofloxacina, linezolidul, daptomicina și ceftraroline, anumite tulpini bacteriene au suferit mutații și au dezvoltat rezistență la antibiotice.
Principala cauză a apariției bacteriilor rezistente la antibiotice constă în utilizarea excesivă și necorespunzătoare a medicamentelor antibiotice. De fiecare dată când unui pacient i se administrează antibiotice, bacteriile sensibile sunt distruse. Totuși, dacă există bacterii rezistente, care nu sunt eradicate prin tratamentul medicamentos, acestea cresc și se înmulțesc. Astfel, utilizarea repetată și inadecvată a antibioticelor determină creșterea numărului de bacterii rezistente la medicamente.
Bacteriile multirezistente la medicamente (MDR) reprezintă o amenințare gravă pentru sănătate, deoarece nu răspund la tratamentul antibiotic uzual, care ar trebui să distrugă germenii.
Dintre agenții patogeni gram-pozitivi, o pandemie globală de S. aureus rezistent (de ex. Staphylococcus aureus rezistent la meticilină; MRSA) și de specii de Enterococcus reprezintă în prezent cea mai mare amenințare. Agenți patogeni gram-negativi precum Enterobacteriaceae (de ex. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa și Acinetobacter devin rezistenți la aproape toate opțiunile de medicamente antibiotice disponibile.

Antibiotice aduse la dimensiuni nanometrice cu ultrasunete

Se știe că produsele farmaceutice de dimensiuni nanometrice depășesc adesea moleculele de medicament de dimensiuni micronice datorită ratelor de absorbție crescute, biodisponibilității mai mari și eficacității superioare. Antibioticele sunt utilizate pe scară largă pentru tratarea infecțiilor bacteriene. Cu toate acestea, apariția rapidă a tot mai multor tulpini bacteriene rezistente la medicamente face necesară dezvoltarea de noi medicamente antibiotice sau modificarea celor existente. Reducerea dimensiunii particulelor de antibiotice precum tetraciclina prin sonicare este o strategie simplă, rapidă și promițătoare pentru îmbunătățirea eficacității antibioticelor împotriva tulpinilor bacteriene nerezistente și rezistente.
Aflați mai multe despre nanosuspensiile ultrasonice ale API-urilor farmaceutice!

Tetraciclină nanostructurată cu ultrasunete

Kassirov et al. (2018) au tratat tetraciclina cu ultrasunete pentru a îmbunătăți eficacitatea medicamentului împotriva agenților patogeni. În studiul lor, au utilizat Escherichia coli Nova Blue TcR, o tulpină cu rezistență la antibiotice, și E. coli 292–116 (fără rezistență la medicamente). Tetraciclina, un antibiotic uzual cu spectru larg, a fost modificată folosind ultrasonicatorul industrial UIP1000hdT (Hielscher, Germania; vedeți imaginea din stânga). Echipa de cercetare a constatat că tratamentul sonochimic cu UIP1000hdT crește eficacitatea proprietăților antibacteriene cu până la 25% împotriva tulpinii rezistente și cu până la 100% împotriva tulpinii sensibile. Nici chiar depozitarea pe termen lung a tetraciclinei nanostructurate la +4ºC nu reduce proprietățile antimicrobiene.
Parametrii procesării cu ultrasunete, precum amplitudinea, aportul de energie și durata sonicării, au fost identificați drept factori critici care influențează modificarea proprietăților antimicrobiene împotriva celulelor atât sensibile, cât și rezistente.
Tratamentul cu ultrasunete conduce la o distribuție mai uniformă a dimensiunilor particulelor de medicament nanometrice, ceea ce ar putea duce la o biodisponibilitate și bioaccesibilitate mai mari și, prin urmare, la o eficacitate mai mare a moleculelor de tetraciclină.
Datele obținute arată că modificarea sonochimică a antibioticelor poate fi o abordare nouă, promițătoare și ieftină pentru dezvoltarea de noi medicamente eficiente în terapia antibiotică împotriva tulpinilor rezistente la medicamente.

Sonicarea tetraciclinei cu UIP1000hdT.
A – spectre FTIR ale tetraciclinei „libere”; B – spectre FTIR ale tetraciclinei SN după 5 min de sonicare; C – histograma distribuției dimensiunilor tetraciclinei „libere”; D – histograma distribuției dimensiunilor tetraciclinei SN după 5 min de sonicare.
Studiu și figură de Kassirov et al. 2018.

Avantajele medicamentelor nanostructurate cu ultrasunete

Ultrasonicarea oferă posibilități enorme pentru sinteza unui spectru larg de materiale nanostructurate și este utilizată în numeroase industrii. Producția cu ultrasunete a produselor farmaceutice de dimensiuni nanometrice, precum antibioticele, antiviralele și alte medicamente, este foarte promițătoare, deoarece aceste medicamente nanometrice prezintă adesea o rată de absorbție, o biodisponibilitate și o eficacitate semnificativ mai mari. Prin urmare, numeroase formulări medicamentoase îmbunătățite implică ultrasonicarea pentru a nanostructura moleculele de medicament și pentru a încapsula medicamentele în nanoemulsii, nanolipozomi, niozomi, nanoparticule lipidice solide (SLNs), purtători lipidici nanostructurați (NLCs) și alte complexe de incluziune de dimensiuni nanometrice.

Tratamentul cu ultrasunete al nanomaterialelor cu proprietăți antibacteriene este utilizat și pentru sinteza materialelor nanostructurate (de ex. nanoargint, nano ZnO) și pentru aplicarea acestora pe textile, în scopul fabricării de textile medicale antibacteriene și al altor țesături funcționale. De exemplu, un proces ultrasonic într-o singură etapă este utilizat pentru realizarea unor acoperiri durabile ale țesăturilor din bumbac cu nanoparticule antibacteriene de ZnO.

Cum funcționează sinteza cu ultrasunete a materialelor nanostructurate?

Ultrasonicarea și sonochimia, adică aplicarea ultrasunetelor de mare putere asupra sistemelor chimice, sunt utilizate pe scară largă pentru producerea de materiale nanometrice de înaltă calitate (de ex. nanoparticule, nanoemulsii). Sonicarea și sonochimia permit sau facilitează producerea de materiale nanometrice de înaltă performanță. Avantajul sintezei cu ultrasunete a nanoparticulelor constă în simplitate și eficacitate. În timp ce metodele alternative de producere a materialelor nanostructurate necesită temperaturi și presiuni ridicate în masa de reacție și / sau timpi de reacție lungi, sinteza cu ultrasunete permite adesea o producție facilă, rapidă și eficientă a nanomaterialelor. Atât efectele sonochimice, cât și cele sonomecanice generate de ultrasunetele de mare intensitate sunt responsabile pentru sinteza sau funcționalizarea/modificarea particulelor nanometrice. Cuplarea undelor ultrasonice de mare putere în lichide are ca rezultat cavitația acustică: formarea, creșterea și colapsul imploziv al bulelor, și poate fi clasificată ca sonochimie primară (chimie în fază gazoasă care are loc în interiorul bulelor în colaps), sonochimie secundară (chimie în fază de soluție care are loc în afara bulelor) și modificări sonomecanice / fizice (cauzate de jeturi de lichid de mare viteză, unde de șoc și/sau coliziuni între particule în suspensii dense). (cf. Hinman și Suslick, 2017) Impactul cavitațional asupra particulelor are ca rezultat reducerea dimensiunii, nanostructurarea (nanodispersie, nanoemulsificare), precum și funcționalizarea și modificarea particulelor.
Aflați mai multe despre măcinarea și dispersarea cu ultrasunete a particulelor!

Sonicatoare cu sondă pentru sinteza produselor farmaceutice nanostructurate

Hielscher Ultrasonic are o experiență îndelungată în proiectarea, fabricarea, distribuția și service-ul omogenizatoarelor cu ultrasunete de înaltă performanță pentru industria farmaceutică și alimentară.
Prepararea particulelor de medicament nanometrice de înaltă calitate, a lipozomilor, a nanoparticulelor lipidice solide, a nanoparticulelor polimerice, a complexelor cu ciclodextrine și a vaccinurilor sunt procese în care sistemele ultrasonice Hielscher sunt utilizate pe scară largă și sunt apreciate pentru fiabilitatea lor ridicată și calitatea superioară a rezultatelor. Ultrasonicatoarele Hielscher permit controlul precis al tuturor parametrilor de proces, precum amplitudinea, temperatura, presiunea și energia de sonicare. Software-ul inteligent înregistrează automat toți parametrii de sonicare (ora, data, amplitudinea, energia netă, energia totală, temperatura, presiunea) pe cardul SD încorporat. Acest lucru facilitează semnificativ controlul procesului și al calității și contribuie la respectarea Bunelor Practici de Fabricație (GMP).

Mixere cu ultrasunete pentru orice capacitate de producție

Gama de produse Hielscher Ultrasonics acoperă întregul spectru de procesoare ultrasonice, de la ultrasonicatoare compacte de laborator, trecând prin sisteme de banc și pilot, până la procesoare ultrasonice complet industriale, cu capacitatea de a procesa încărcături de camion pe oră. Gama completă de produse ne permite să vă oferim cel mai potrivit mixer ultrasonic cu forfecare pentru capacitatea și obiectivele procesului dumneavoastră. Acest lucru vă permite să dezvoltați și să testați aplicația la scară mică de laborator și apoi să o scalați liniar la capacitatea de producție. Trecerea la scară de la un mixer ultrasonic mai mic la capacități de procesare mai mari este foarte simplă, deoarece procesul de amestecare cu ultrasunete poate fi scalat complet liniar pornind de la parametrii de proces stabiliți. Mărirea la scară se poate realiza fie prin instalarea unei unități de amestecare ultrasonice mai puternice, fie prin gruparea mai multor ultrasonicatoare în paralel.
Agitatoarele ultrasonice sunt utilizate și pentru omogenizarea sterilă a suspensiilor lichid-lichid și solid-lichid.

Amplitudini ridicate pentru nanostructurarea particulelor cu eficiență ridicată

Procesoarele ultrasonice industriale Hielscher Ultrasonics pot furniza amplitudini foarte ridicate. Amplitudini de până la 200µm pot fi menținute ușor în mod continuu, în regim de funcționare 24/7. Pentru amplitudini și mai ridicate sunt disponibile sonotrode ultrasonice personalizate. Sonotrodele ultrasonice (numite și sonde) și reactoarele sunt autoclavabile. Robustețea echipamentelor ultrasonice Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim greu și în medii solicitante.

Testare simplă, fără riscuri

Procesele cu ultrasunete pot fi scalate complet liniar. Aceasta înseamnă că orice rezultat pe care l-ați obținut folosind un ultrasonicator de laborator sau de banc poate fi scalat la exact același rezultat, folosind exact aceiași parametri de proces. Acest lucru face ca ultrasonicarea să fie ideală pentru dezvoltarea de produse și implementarea ulterioară în producția comercială.

Cea mai înaltă calitate – proiectat și fabricat în Germania

Fiind o afacere deținută și condusă de o familie, Hielscher acordă prioritate celor mai înalte standarde de calitate pentru procesoarele sale ultrasonice. Toate ultrasonicatoarele sunt proiectate, fabricate și testate temeinic la sediul nostru central din Teltow, lângă Berlin, Germania. Robustețea și fiabilitatea echipamentelor ultrasonice Hielscher le transformă într-un adevărat cal de povară în producția dumneavoastră. Funcționarea 24/7 la sarcină maximă și în medii solicitante este o caracteristică firească a ultrasonicatoarelor de înaltă performanță Hielscher.

Puteți achiziționa procesoare ultrasonice Hielscher în orice dimensiune și configurate exact conform cerințelor procesului dumneavoastră. De la tratarea fluidelor într-un mic pahar de laborator până la amestecarea continuă în flux a suspensiilor dense și a pastelor la nivel industrial, Hielscher Ultrasonics vă oferă un omogenizator de înaltă performanță potrivit! Vă rugăm să ne contactați – vă recomandăm cu plăcere configurația ultrasonică ideală!

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre: