Ультразвуковое наноструктурирование антибиотиков

Ультразвуковое производство антибиотиков может повысить их эффективность, даже против устойчивых к лекарствам бактерий: растущее число штаммов устойчивых к антибиотикам бактерий является все еще нерешенной проблемой, что делает бактериальные инфекции, которые успешно лечились антибиотиками в течение последних десятилетий, снова представляет угрозу для здоровья во всем мире. Ультразвуковое наноструктурирование антибиотиков является перспективным методом повышения эффективности антибиотиков, таких как тетрациклин, против лекарственно-устойчивых бактерий.

Антибиотики и устойчивые к антибиотикам бактерии

Устойчивость к антибиотикам возникает, когда микробы, такие как бактерии и грибки, развивают способность побеждать лекарства, предназначенные для их уничтожения. Это означает, что микробы не погибают и продолжают расти. Инфекции, вызванные устойчивыми к антибиотикам микробами, трудно, а иногда и невозможно поддаются лечению.
Устойчивость бактерий к антибиотикам объясняется чрезмерным использованием, а также неправильным использованием антибиотиков. Чрезмерное и неправильное использование в основном связано с неподходящими рецептами и экстенсивным использованием в сельском хозяйстве
Для распространенных антибиотиков, таких как пеницилин, тетрациклин, метициллин, эритромицин, гентамицин, ванкомицин, имипемен, цефтазидим, левофлоксацин, линезолид, даптомицин и цефтраролин, некоторые штаммы бактерий мутировали и развили устойчивость к антибиотикам.
Основная причина развития устойчивых к антибиотикам бактерий кроется в чрезмерном и неправильном использовании антибиотиков. Каждый раз, когда пациенту вводят антибиотики, чувствительные бактерии погибают. Однако, если есть резистентные бактерии, которые не искореняются медикаментозным лечением, они растут и размножаются. Таким образом, многократное и ненадлежащее применение антибиотиков приводит к увеличению количества лекарственно-устойчивых бактерий.
Бактерии с множественной лекарственной устойчивостью (MDR) представляют серьезную угрозу для здоровья, поскольку они не реагируют на обычное лечение антибиотиками, которое должно убивать микробы.
Среди грамположительных патогенов – глобальная пандемия резистентного S. aureus (например, метициллин-резистентного золотистого стафилококка; MRSA) и виды Enterococcus в настоящее время представляют наибольшую угрозу. Грамотрицательные патогены, такие как Enterobacteriaceae (например, Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter, становятся устойчивыми почти ко всем доступным вариантам антибиотиков.

Ультразвуковые наноразмерные антибиотики

Известно, что наноразмерные фармацевтические препараты превосходят микронные молекулы лекарств часто благодаря повышенной скорости абсорбции, более высокой биодоступности и превосходной эффективности. Антибиотики широко используются для лечения бактериальных инфекций. Тем не менее, быстрое развитие все большего числа штаммов бактерий, устойчивых к лекарствам, делает необходимой разработку новых или модификацию существующих антибиотиков. Уменьшение размера частиц антибиотиков, таких как тетрациклин, с помощью ультразвуковой обработки является одной из простых, быстрых и многообещающих стратегий повышения эффективности антибиотиков против неустойчивых и устойчивых штаммов бактерий.
Узнайте больше об ультразвуковых наносуспензиях фармацевтических АФИ!

Ультразвуковой наноструктурированный тетрациклин

Kassirov et al. (2018) обрабатывали тетрациклин ультразвуком для повышения эффективности препарата против патогенов. В своем исследовании они использовали Escherichia coli Nova Blue TcR, штамм с устойчивостью к антибиотикам, и E. coli 292–116 (без лекарственной устойчивости). Тетрациклин, распространенный антибиотик широкого спектра действия, был модифицирован с помощью промышленного ультразвука УИП1000HDT (Хильшер, Германия; см. фото слева). Исследовательская группа обнаружила, что сонохимическая обработка с помощью UIP1000hdT повышает эффективность антибактериальных свойств до 25% против резистентного штамма и до 100% против чувствительного штамма. Даже длительное хранение наноструктурированного тетрациклина при температуре +4ºC не снижает антимикробных свойств.
Параметры ультразвуковой обработки, такие как амплитуда, поступление энергии и время ультразвуковой обработки, были определены как критические факторы, влияющие на изменение антимикробных свойств как в отношении чувствительных, так и резистентных клеток.
Ультразвуковая обработка приводит к более равномерному распределению частиц наноразмеров по размерам лекарственных средств, что может привести к более высокой биодоступности, биодоступности и, следовательно, эффективности молекул тетрациклина.
Полученные данные показывают, что сонохимическая модификация антибиотиков может стать новым перспективным и дешевым подходом к разработке новых препаратов, эффективных для антибиотикотерапии штаммов лекарственной устойчивости.

Ультразвуковая обработка тетрациклина с помощью аппарата UIP1000hdT.A – ИК-Фурье спектры “свободный” Тетрациклин; B – ИК-Фурье спектры тетрациклина SN после 5-минутной ультразвуковой обработки; C – Гистограмма распределения по размерам “свободный” Тетрациклин; D – Гистограмма распределения тетрациклина SN по размерам после 5 мин ультразвуковой обработки.Исследование и рисунок Kassirov et al. 2018.

Преимущества ультразвуковых наноструктурированных препаратов

Ультразвуковая технология открывает огромные возможности для синтеза широкого спектра наноструктурированных материалов и используется во многих отраслях промышленности. Ультразвуковое производство наноразмерных фармацевтических препаратов, таких как антибиотики, противовирусные препараты и другие лекарственные средства, является весьма перспективным, поскольку эти наноразмерные препараты часто демонстрируют значительно более высокую скорость поглощения, биодоступность и эффективность. Таким образом, многие усовершенствованные лекарственные формы включают ультразвуковую обработку для наноструктурирования молекул лекарств, инкапсуляции лекарств в наноэмульсии, нанолипосомы, ниосомы, твердые липидные наночастицы (SLN), наноструктурированные переносчики липидов (NLC) и другие наноразмерные комплексы включений.

Ультразвуковая обработка наноматериалов с антибактериальными свойствами также используется для синтеза наноструктурированных материалов (например, наносеребра, наноцинка) и их нанесения на текстиль с целью производства антибактериального медицинского текстиля и других функциональных тканей. Например, одноступенчатый ультразвуковой процесс используется для изготовления прочных покрытий из хлопчатобумажных тканей с антибактериальными наночастицами ZnO.

Как происходит ультразвуковой синтез наноструктурированных материалов?

Ультразвуковое исследование и сонохимия, которая представляет собой применение мощного ультразвука к химическим системам, широко используются для производства высококачественных наноразмерных материалов (например, наночастиц, наноэмульсий). Ультразвуковая обработка и сонохимия позволяют создавать или облегчают производство высокоэффективных наноразмерных материалов. Преимуществом ультразвукового синтеза наночастиц является простота и эффективность. В то время как альтернативные методы производства наноструктурированных материалов требуют высоких объемных температур, давлений и/или длительного времени реакции, ультразвуковой синтез часто позволяет легко, быстро и эффективно производить наноматериалы. Как сонохимические, так и сономеханические эффекты, создаваемые высокоинтенсивным ультразвуком, отвечают за синтез или функционализацию/модификацию наноразмерных частиц. Сопряжение мощных ультразвуковых волн с жидкостями приводит к акустической кавитации: образованию, росту и имплозивному схлопыванию пузырьков, и может быть классифицировано как первичная сонохимия (газофазная химия, происходящая внутри коллапсирующихся пузырьков), вторичная сонохимия (растворная фаза, возникающая вне пузырьков) и сономеханические/физические модификации (вызванные высокоскоростными струями жидкости, ударными волнами и/или столкновениями между частицами в суспензиях). (ср. Hinman and Suslick, 2017) Кавитационное воздействие на частицы приводит к уменьшению размеров, наноструктурированию (нанодисперсии, наноэмульгации), а также к функционализации и модификации частиц.
Узнайте больше об ультразвуковом измельчении и диспергировании частиц!

Ультразвуковые зонды для синтеза наноструктурированных фармацевтических препаратов

Компания Hielscher Ultrasonic имеет многолетний опыт в разработке, производстве, распространении и обслуживании высокоэффективных ультразвуковых гомогенизаторов для фармацевтической и пищевой промышленности.
Получение высококачественных наноразмерных частиц лекарственных средств, липосом, твердых липидных наночастиц, полимерных наночастиц, комплексов циклодекстрина и вакцин – это процессы, в которых ультразвуковые системы Hielscher широко используются и ценятся за их высокую надежность и превосходное качество выхода. Ультразвуковые аппараты Hielscher позволяют точно контролировать все параметры процесса, такие как амплитуда, температура, давление и энергия ультразвука. Интеллектуальное программное обеспечение автоматически протоколирует все параметры ультразвуковой обработки (время, дата, амплитуда, чистая энергия, общая энергия, температура, давление) на встроенной SD-карте. Это значительно облегчает контроль процессов и качества и помогает соответствовать надлежащей производственной практике (GMP).

Ультразвуковые смесители для любой производительности продукта

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр ультразвуковых процессоров от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов до настольных и пилотных систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров с производительностью обработки грузовых автомобилей в час. Полный ассортимент продукции позволяет нам предложить вам наиболее подходящий ультразвуковой смеситель для производительности и целей вашего технологического процесса. Это позволяет разрабатывать и тестировать приложение в небольших лабораториях, а затем линейно масштабировать его до производственной мощности. Масштабирование от меньшего ультразвукового смесителя до более высокой производительности очень просто, поскольку процесс ультразвукового смешивания может быть полностью линейно масштабирован от установленных параметров процесса. Масштабирование может быть выполнено либо путем установки более мощного ультразвукового смесителя, либо параллельной кластеризации нескольких ультразвуковых аппаратов.
Ультразвуковые мешалки также используются для стерильной гомогенизации жидкостно-жидких и твердо-жидких суспензий.

Высокая амплитуда наноструктурных частиц с высокой эффективностью

Hielscher Ultrasonics’ Промышленные ультразвуковые процессоры могут обеспечивать очень высокую амплитуду. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Ультразвуковые сонотроды (рупоры, зонды) и реакторы являются автоклавируемыми. Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.

Простое тестирование без риска

Ультразвуковые процессы могут быть полностью линейно масштабированы. Это означает, что каждый результат, достигнутый с помощью лабораторного или настольного ультразвукового аппарата, может быть масштабирован до точно такой же производительности с использованием точно таких же параметров процесса. Это делает ультразвук идеальным для разработки продукции и последующего внедрения в коммерческое производство.

Высочайшее качество – Разработано и произведено в Германии

Будучи семейным предприятием, Hielscher отдает приоритет высочайшим стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты спроектированы, изготовлены и тщательно протестированы в нашем головном офисе в Тельтове недалеко от Берлина, Германия. Прочность и надежность ультразвукового оборудования Hielscher делают его рабочей лошадкой на вашем производстве. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях является естественной характеристикой высокопроизводительных ультразвуковых аппаратов Hielscher.

Вы можете купить ультразвуковые процессоры Hielscher любого размера и точно сконфигурированные в соответствии с вашими технологическими требованиями. От обработки жидкостей в небольшом лабораторном стакане до непрерывного проточного смешивания суспензий и паст на промышленном уровне, Hielscher Ultrasonics предлагает подходящий высокопроизводительный гомогенизатор для вас! Пожалуйста, свяжитесь с нами – Мы рады порекомендовать Вам идеальную ультразвуковую установку!

В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: