Ultrazvukové nanoštruktúrovanie antibiotík

Ultrazvukom podporovaná výroba antibiotík môže zvýšiť ich účinnosť, a to aj proti baktériám rezistentným na lieky: Rastúci počet kmeňov baktérií rezistentných na antibiotiká je stále nevyriešeným problémom, ktorý spôsobuje, že bakteriálne infekcie, ktoré boli v posledných desaťročiach úspešne liečené antibiotikami, sú opäť celosvetovou zdravotnou hrozbou. Ultrazvukové nanoštruktúrovanie antibiotík je sľubnou technikou na zvýšenie účinnosti antibiotík, ako je tetracyklín, proti baktériám rezistentným na lieky.

Antibiotiká a baktérie rezistentné na antibiotiká

Rezistencia na antibiotiká nastáva, keď si baktérie a huby vyvinú schopnosť poraziť lieky určené na ich zabitie. To znamená, že choroboplodné zárodky nie sú zabíjané a naďalej rastú. Infekcie spôsobené choroboplodnými zárodkami rezistentnými na antibiotiká sa ťažko a niekedy nedajú liečiť.
Antibiotická rezistencia baktérií sa pripisuje nadmernému používaniu a zneužívaniu antibiotických liekov. Nadmerné a nesprávne používanie sa týka najmä nevhodných predpisov a rozsiahleho poľnohospodárskeho používania
V prípade bežných antibiotík, ako je penicilín, tetracyklín, meticilín, erytromycín, gentamicín, vankomycín, imipemen, ceftazidím, levofloxacín, linezolid, daptomycín a ceftrarolín, niektoré kmene baktérií zmutovali a vyvinuli si antibiotickú rezistenciu.
Hlavná príčina rozvoja baktérií rezistentných na antibiotiká spočíva v nadmernom používaní a zneužívaní antibiotických liekov. Zakaždým, keď sa pacientovi podajú antibiotiká, citlivé baktérie sú zabité. Ak však existujú rezistentné baktérie, ktoré nie sú liečbou drogami vyhubené, rastú a množia sa. Opakované a nevhodné užívanie antibiotík tak spôsobuje nárast baktérií rezistentných na lieky.
Multirezistentné baktérie (MDR) sú vážnou zdravotnou hrozbou, pretože nereagujú na bežnú antibiotickú liečbu, ktorá má zabíjať choroboplodné zárodky.
Medzi grampozitívnymi patogénmi je globálna pandémia rezistentného S. aureus (napr. Staphylococcus aureus rezistentný na meticilín; MRSA) a Enterococcus v súčasnosti predstavujú najväčšiu hrozbu. Gramnegatívne patogény, ako sú Enterobacteriaceae (napr. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa a Acinetobacter, sa stávajú rezistentnými voči takmer všetkým dostupným antibiotickým liekom.

Ultrazvukové nano-veľké antibiotiká

Je známe, že lieky nanoveľkosti vynikajú molekuly liekov veľkosti mikrónov, často vďaka zvýšenej miere absorpcie, vyššej biologickej dostupnosti a vynikajúcej účinnosti. Antibiotiká sa široko používajú na liečbu bakteriálnych infekcií. Rýchly vývoj čoraz väčšieho počtu kmeňov baktérií rezistentných na lieky si však vyžaduje vývoj nových alebo modifikáciu existujúcich antibiotických liekov. Zníženie veľkosti častíc antibiotík, ako je tetracyklín, pomocou sonikácie je jednou z jednoduchých, rýchlych a sľubných stratégií na zlepšenie účinnosti antibiotík proti nerezistentným a rezistentným kmeňom baktérií.
Prečítajte si viac o ultrazvukových nanosuspenziách farmaceutických API!

Ultrazvukovo nanoštruktúrovaný tetracyklín

Kassirov et al. (2018) treated tetracycline ultrasonically to improve the drug’s effectiveness against pathogens. In their study, they used Escherichia coli Nova Blue TcR, a strain with antibiotic resistance, and E. coli 292–116 (without drug resistance). Tetracycline, a common broad-spectrum antibiotic, was modified using industrial ultrasonicator UIP1000hdT (Hielscher, Nemecko; pozri obrázok vľavo). Výskumný tím zistil, že sonochemická úprava UIP1000hdT zvyšuje účinnosť antibakteriálnych vlastností až o 25 % proti rezistentnému kmeňu a až o 100 % proti citlivému kmeňu. Ani dlhodobé skladovanie nanoštruktúrovaného tetracyklínu pri teplote +4 ° C neznižuje antimikrobiálne vlastnosti.
Parametre ultrazvukového spracovania, ako je amplitúda, energetický vstup a čas sonikácie, boli stanovené ako kritické faktory, ktoré ovplyvňujú zmenu antimikrobiálnych vlastností voči citlivým aj rezistentným bunkám.
Výsledkom ultrazvukového ošetrenia je rovnomernejšia distribúcia veľkosti častíc nanočastíc, čo môže viesť k vyššej biologickej dostupnosti, biologickej dostupnosti a tým aj účinnosti molekúl tetracyklínu.
Získané údaje ukazujú, že sonochemická modifikácia antibiotík môže byť novým sľubným a lacným prístupom k vývoju nových liekov účinných na antibiotickú liečbu proti kmeňom rezistencie na lieky.

Sonikácia tetracyklínu pomocou UIP1000hdT.A – FTIR spectra of “free” tetracycline; B – FTIR spectra of SN tetracycline after 5 min sonication; C – Size distribution histogram of “free” tetracycline; D – Histogram distribúcie veľkosti SN tetracyklínu po 5 minútach sonikácie.Štúdia a obrázok Kassirov et al. 2018.

Výhody ultrazvukových nanoštruktúrovaných liekov

Ultrazvuk ponúka obrovské možnosti syntézy širokého spektra nanoštruktúrovaných materiálov a používa sa v mnohých priemyselných odvetviach. Ultrazvuková výroba nanoliekov, ako sú antibiotiká, antivirotiká a iné lieky, je veľmi sľubná, pretože tieto nanolieky často vykazujú výrazne vyššiu mieru absorpcie, biologickú dostupnosť a účinnosť. Preto mnohé vylepšené liekové formulácie zahŕňajú ultrazvuk s cieľom nanoštruktúrovať molekuly liečiva, zapuzdriť lieky do nanoemulzií, nanolipozómov, niozómov, nanočastíc pevných lipidov (SLN), nanoštruktúrovaných lipidových nosičov (NLC) a iných inklúznych komplexov nanoveľkosti.

Ultrazvukové ošetrenie nanomateriálov s antibakteriálnymi vlastnosťami sa používa aj na syntézu nanoštruktúrovaných materiálov (napr. nanostriebro, nano ZnO) a na ich aplikáciu na textílie za účelom výroby antibakteriálnych zdravotníckych textílií a iných funkčných tkanín. Napríklad jednokrokový ultrazvukový proces sa používa na výrobu odolných povlakov bavlnených tkanín s antibakteriálnymi nanočasticami ZnO.

Ako funguje ultrazvuková syntéza nanoštruktúrovaných materiálov?

Ultrazvuk a sonochémia, čo je aplikácia vysokovýkonného ultrazvuku v chemických systémoch, sa široko používajú na výrobu vysokokvalitných nanomateriálov (napr. nanočastice, nanoemulzie). Sonikácia a sonochémia umožňujú alebo uľahčujú výrobu vysokovýkonných nanomateriálov. Výhodou ultrazvukovej syntézy nanočastíc je jednoduchosť a účinnosť. Zatiaľ čo alternatívne výrobné metódy nanoštruktúrovaných materiálov vyžadujú vysoké objemové teploty, tlaky a/alebo dlhé reakčné časy, ultrazvuková syntéza často umožňuje jednoduchú, rýchlu a efektívnu výrobu nanomateriálov. Sonochemické aj sonomechanické efekty generované ultrazvukom s vysokou intenzitou sú zodpovedné za syntézu alebo funkcionalizáciu/modifikáciu nanočastíc. Spojenie vysokovýkonných ultrazvukových vĺn do kvapalín má za následok akustickú kavitáciu: tvorbu, rast a implozivný kolaps bublín a možno ju kategorizovať ako primárnu sonochémiu (chémia plynnej fázy vyskytujúca sa vo vnútri kolabujúcich bublín), sekundárnu sonochémiu (chémia vo fáze roztoku vyskytujúcu sa mimo bublín) a sonomechanické? fyzikálne modifikácie (spôsobené vysokorýchlostnými kvapalnými tryskami, rázovými vlnami a/alebo zrážkami medzi časticami v kaloch). (porovnaj Hinman a Suslick, 2017) Kavitačný vplyv na častice má za následok zmenšenie veľkosti, nanoštruktúrovanie (nanodisperzia, nanoemulzifikácia), ako aj funkcionalizáciu a modifikáciu častíc.
Prečítajte si viac o ultrazvukovom frézovaní a dispergovaní častíc!

Ultrazvukové sondy na syntézu nanoštruktúrovaných liečiv

Spoločnosť Hielscher Ultrasonic má dlhoročné skúsenosti s návrhom, výrobou, distribúciou a servisom vysokovýkonných ultrazvukových homogenizátorov pre farmaceutický a potravinársky priemysel.
Príprava vysokokvalitných nanočastíc liečiv, lipozómov, pevných lipidových nanočastíc, polymérnych nanočastíc, cyklodextrínových komplexov a vakcín sú procesy, v ktorých sú ultrazvukové systémy Hielscher široko používané a sú cenené pre svoju vysokú spoľahlivosť a vynikajúcu kvalitu výstupu. Ultrazvukové prístroje Hielscher umožňujú presnú kontrolu nad všetkými parametrami procesu, ako je amplitúda, teplota, tlak a sonikácia. Inteligentný softvér automaticky protokoluje všetky parametre ultrazvuku (čas, dátum, amplitúda, čistá energia, celková energia, teplota, tlak) na vstavanej SD karte. To výrazne uľahčuje kontrolu procesov a kvality a pomáha pri plnení správnej výrobnej praxe (GMP).

Ultrazvukové mixéry pre každú kapacitu produktu

Sortiment produktov Hielscher Ultrasonics pokrýva celé spektrum ultrazvukových procesorov od kompaktných laboratórnych ultrazvukových procesorov cez stolové a pilotné systémy až po plne priemyselné ultrazvukové procesory s kapacitou spracovať nákladné vozidlá za hodinu. Celý sortiment nám umožňuje ponúknuť vám najvhodnejší ultrazvukový nožný mixér pre vašu procesnú kapacitu a ciele. To vám umožní vyvíjať a testovať aplikáciu v malom laboratóriu a potom ju lineárne škálovať na výrobnú kapacitu. Škálovanie z menšieho ultrazvukového mixéra na vyššie kapacity spracovania je veľmi jednoduché, pretože proces ultrazvukového miešania je možné úplne lineárne škálovať na základe vašich stanovených parametrov procesu. Zvýšenie škálovania je možné vykonať buď inštaláciou výkonnejšej ultrazvukovej zmiešavacej jednotky, alebo paralelným zoskupením niekoľkých ultrazvukových prístrojov.
Ultrazvukové miešadlá sa používajú aj na sterilnú homogenizáciu suspenzií kvapalina-kvapalina a pevná látka-kvapalina.

Vysoké amplitúdy nanoštruktúrnych častíc s vysokou účinnosťou

Hielscher Ultrasonics’ industrial ultrasonic processors can deliver very high amplitudes. Amplitudes of up to 200µm can be easily continuously run in 24/7 operation. For even higher amplitudes, customized ultrasonic sonotrodes are available. Ultrasonic sonotrodes (horns, probes) and reactors are autoclavable. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.

Jednoduché testovanie bez rizika

Ultrazvukové procesy môžu byť úplne lineárne škálované. To znamená, že každý výsledok, ktorý ste dosiahli pomocou laboratórneho alebo stolového ultrazvuku, je možné škálovať na presne rovnaký výstup pomocou presne rovnakých procesných parametrov. Vďaka tomu je ultrazvuk ideálny na vývoj produktov a následnú implementáciu do komerčnej výroby.

Najvyššia kvalita – Navrhnuté a vyrobené v Nemecku

As a family-owned and family-run business, Hielscher prioritizes highest quality standards for its ultrasonic processors. All ultrasonicators are designed, manufactured and thoroughly tested in our headquarter in Teltow near Berlin, Germany. Robustness and reliability of Hielscher’s ultrasonic equipment make it a work horse in your production. 24/7 operation under full load and in demanding environments is a natural characteristic of Hielscher’s high-performance ultrasonicators.

Ultrazvukové procesory Hielscher si môžete kúpiť v akejkoľvek inej veľkosti a presne nakonfigurované podľa požiadaviek vášho procesu. Od úpravy kvapalín v malej laboratórnej kadičke až po kontinuálne prietokové miešanie suspenzií a pást na priemyselnej úrovni, spoločnosť Hielscher Ultrasonics vám ponúka vhodný vysokovýkonný homogenizátor! Kontaktujte nás – Sme radi, že vám môžeme odporučiť ideálne ultrazvukové nastavenie!

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: