Ultrazvočno nanostrukturiranje antibiotikov

Ultrazvočno podprta proizvodnja antibiotikov lahko poveča njihovo učinkovitost, tudi proti bakterijam, odpornim na zdravila: naraščajoče število sevov bakterij, odpornih na antibiotike, je še vedno nerešen problem, zaradi katerega so bakterijske okužbe, ki so bile v zadnjih desetletjih uspešno zdravljene z antibiotiki, spet ogrožajo zdravje po vsem svetu. Ultrazvočno nanostrukturiranje antibiotikov je obetavna tehnika za povečanje učinkovitosti antibiotikov, kot je tetraciklin, proti bakterijam, odpornim na zdravila.

Antibiotiki in bakterije, odporne na antibiotike

Odpornost na antibiotike se zgodi, ko klice, kot so bakterije in glive, razvijejo sposobnost, da premagajo zdravila, ki jih ubijajo. To pomeni, da klice niso uničene in še naprej rastejo. Okužbe, ki jih povzročajo klice, odporne na antibiotike, je težko in včasih nemogoče zdraviti.
Odpornost bakterij na antibiotike se pripisuje prekomerni uporabi in zlorabi antibiotičnih zdravil. Prekomerna in napačna uporaba se nanašata predvsem na neprimerne recepte in obsežno uporabo v kmetijstvu
Za običajne antibiotike, kot so penicilin, tetraciklin, meticilin, eritromicin, gentamicin, vankomicin, imipemen, ceftazidim, levofloksacin, linezolid, daptomicin in ceftrarolin, so nekateri sevi bakterij mutirali in razvili odpornost na antibiotike.
Glavni vzrok za razvoj bakterij, odpornih na antibiotike, je prekomerna uporaba in zloraba antibiotičnih zdravil. Vsakič, ko bolnik dobi antibiotike, se občutljive bakterije ubijejo. Če pa obstajajo odporne bakterije, ki jih zdravljenje z zdravili ne izkorenini, rastejo in se razmnožujejo. S tem ponavljajoča se in neustrezna uporaba antibiotikov povzroča povečanje bakterij, odpornih na zdravila.
Bakterije, odporne na več zdravil (MDR), so resna grožnja za zdravje, saj se ne odzivajo na običajno zdravljenje z antibiotiki, ki naj bi uničilo klice.
Med gram-pozitivnimi patogeni je globalna pandemija odpornega S. aureus (npr. Staphylococcus aureus, odporen na meticilin; MRSA) in vrste Enterococcus trenutno predstavljajo največjo grožnjo. Gram-negativni patogeni, kot so Enterobacteriaceae (npr. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa in Acinetobacter, postajajo odporni na skoraj vse razpoložljive možnosti antibiotičnih zdravil.

Ultrazvočno nano-veliki antibiotiki

Znano je, da farmacevtski izdelki v nanovelikosti odlikujejo molekule zdravil velikosti mikronov, pogosto zaradi povečane stopnje absorpcije, večje biološke uporabnosti in vrhunske učinkovitosti. Antibiotiki se pogosto uporabljajo za zdravljenje bakterijskih okužb. Vendar pa je zaradi hitrega razvoja vedno več sevov bakterij, odpornih na zdravila, potreben razvoj novih ali sprememba obstoječih antibiotičnih zdravil. Zmanjšanje velikosti delcev antibiotikov, kot je tetraciklin, s ultrazvočnim razbijanjem je ena enostavna, hitra in obetavna strategija za izboljšanje učinkovitosti antibiotikov proti neodpornim in odpornim sevom bakterij.
Preberite več o ultrazvočnih nanosuspenzijah farmacevtskih API-jev!

Ultrazvočno nanostrukturirani tetraciklin

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, Nemčija; glej sliko levo). Raziskovalna skupina je ugotovila, da sonokemična obdelava z UIP1000hdT poveča učinkovitost antibakterijskih lastnosti do 25% proti odpornemu sevu in do 100% proti občutljivemu sevu. Tudi dolgoročno shranjevanje nanostrukturiranega tetraciklina pri +4 °C ne zmanjša protimikrobnih lastnosti.
Parametri ultrazvočne obdelave, kot so amplituda, vnos energije in čas ultrazvočne obdelave, so bili določeni kot kritični dejavniki, ki vplivajo na spremembo protimikrobnih lastnosti proti občutljivim in odpornim celicam.
Ultrazvočno zdravljenje ima za posledico bolj enakomerno porazdelitev velikosti delcev nano-velikosti zdravil, kar lahko privede do večje biološke uporabnosti, biološke dostopnosti in s tem učinkovitosti molekul tetraciklina.
Pridobljeni podatki kažejo, da je sonokemična modifikacija antibiotikov lahko nov obetaven in poceni pristop k razvoju novih zdravil, ki so učinkovita za antibiotično terapijo proti sevom, ki so odporni na zdravila.

Sonication tetraciklina z 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 porazdelitve velikosti SN tetraciklina po 5 min ultrazvočni obdelavi.Študija in slika Kassirov et al. 2018.

Prednosti ultrazvočnih nanostrukturiranih zdravil

Ultrasonication ponuja ogromne možnosti za sintezo širokega spektra nanostrukturiranih materialov in se uporablja v številnih industrijah. Ultrazvočna proizvodnja nano-velikih farmacevtskih izdelkov, kot so antibiotiki, protivirusna zdravila in druga zdravila, je zelo obetavna, saj ta nano-velika zdravila pogosto kažejo bistveno višjo stopnjo absorpcije, biološko uporabnost in učinkovitost. Zato številne izboljšane formulacije zdravil vključujejo ultrazvok, da bi nanostrukturirali molekule zdravil, inkapsulirali zdravila v nano-emulzije, nano-liposome, niosome, nano-lipidne nanodelce (SLN), nano-strukturirane lipidne nosilce (NLC) in druge nano-velike vključitvene komplekse.

Ultrazvočna obdelava nanomaterialov z antibakterijskimi lastnostmi se uporablja tudi za sintezo nanostrukturiranih materialov (npr. nano-srebra, nano ZnO) in za njihovo uporabo na tekstilu za izdelavo antibakterijskih medicinskih tekstilij in drugih funkcionalnih tkanin. Na primer, enostopenjski ultrazvočni postopek se uporablja za izdelavo trajnih premazov bombažnih tkanin z antibakterijskimi nanodelci ZnO.

Kako deluje ultrazvočna sinteza nanostrukturiranih materialov?

Ultrazvočna in sonokemija, ki je uporaba ultrazvoka visoke moči v kemičnih sistemih, se pogosto uporabljata za proizvodnjo visokokakovostnih nano-velikih materialov (npr. nanodelcev, nano-emulzij). Sonication in sonokemija omogočata ali olajšata proizvodnjo visoko zmogljivih nano-velikih materialov. Prednost ultrazvočne sinteze nanodelcev je preprostost in učinkovitost. Medtem ko alternativne proizvodne metode nanostrukturiranih materialov zahtevajo visoke razsute temperature, tlake in? ali dolge reakcijske čase, ultrazvočna sinteza pogosto omogoča enostavno, hitro in učinkovito proizvodnjo nanomaterialov. Tako sonokemični kot sonomanski učinki, ki jih ustvarjajo ultrazvoki visoke intenzivnosti, so odgovorni za sintezo ali funkcionalizacijo? modifikacijo nano-delcev. Spajanje ultrazvočnih valov visoke moči v tekočine povzroči akustično kavitacijo: nastanek, rast in implozivno propadanje mehurčkov in ga lahko kategoriziramo kot primarno sonokemijo (kemija plinske faze, ki se pojavlja znotraj propadajočih mehurčkov), sekundarno sonokemijo (kemija raztopinske faze, ki se pojavlja zunaj mehurčkov) in sonomehanske? fizikalne modifikacije (ki jih povzročajo hitri tekočinski curki, udarni valovi in? ali trki med delci v gnojevkah). (prim. Hinman in Suslick, 2017) Kavitacijski vpliv na delce ima za posledico zmanjšanje velikosti, nanostrukturiranje (nanodisperzija, nanoemulgiranje) ter funkcionalizacijo in modifikacijo delcev.
Preberite več o ultrazvočnem rezkanju in razprševanju delcev!

Ultrazvočne sonde za sintezo nanostrukturiranih farmacevtskih izdelkov

Hielscher Ultrasonic ima dolgoletne izkušnje z načrtovanjem, proizvodnjo, distribucijo in servisiranjem visoko zmogljivih ultrazvočnih homogenizatorjev za farmacevtsko in živilsko industrijo.
Priprava visokokakovostnih nano-velikih delcev zdravil, liposomov, trdnih lipidnih nanodelcev, polimernih nanodelcev, ciklodekstrinskih kompleksov in cepiv so procesi, v katerih se Hielscher ultrazvočni sistemi pogosto uporabljajo in so cenjeni zaradi svoje visoke zanesljivosti in vrhunske kakovosti. Hielscher ultrazvočni aparati omogočajo natančen nadzor nad vsemi procesnimi parametri, kot so amplituda, temperatura, tlak in ultrazvočna energija. Inteligentna programska oprema samodejno protokolira vse parametre ultrazvočne razbijanje (čas, datum, amplituda, neto energija, skupna energija, temperatura, tlak) na vgrajeni kartici SD. To znatno olajša nadzor procesov in kakovosti ter pomaga pri izpolnjevanju dobrih proizvodnih praks (GMP).

Ultrazvočni mešalniki za vsako zmogljivost izdelka

Paleta izdelkov Hielscher Ultrasonics zajema celoten spekter ultrazvočnih procesorjev od kompaktnih laboratorijskih ultrazvočnih naprav preko namiznih in pilotnih sistemov do popolnoma industrijskih ultrazvočnih procesorjev z zmogljivostjo obdelave tovornjakov na uro. Celotna paleta izdelkov nam omogoča, da vam ponudimo najprimernejši ultrazvočni strižni mešalnik za vašo procesno zmogljivost in cilje. To vam omogoča, da razvijete in preizkusite svojo aplikacijo v majhnih laboratorijskih prostorih in jo nato linearno razširite na proizvodno zmogljivost. Povečanje od manjšega ultrazvočnega mešalnika do višjih zmogljivosti obdelave je zelo preprosto, saj je postopek ultrazvočnega mešanja lahko popolnoma linearno prilagojen vašim uveljavljenim procesnim parametrom. Povečanje obsega se lahko izvede z namestitvijo močnejše ultrazvočne mešalne enote ali vzporedno združevanjem več ultrazvočnih zvočnikov.
Ultrazvočna mešala se uporabljajo tudi za sterilno homogenizacijo suspenzij tekočina-tekočina in trdno-tekočina.

Visoke amplitude do nanostrukturnih delcev z visoko učinkovitostjo

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.

Enostavno testiranje brez tveganja

Ultrazvočni procesi so lahko popolnoma linearno skalirani. To pomeni, da lahko vsak rezultat, ki ste ga dosegli z laboratorijskim ali namiznim ultrazvočnim aparatom, prilagodite na popolnoma enak izhod z uporabo popolnoma enakih procesnih parametrov. Zaradi tega je ultrazvok idealen za razvoj izdelkov in kasnejšo implementacijo v komercialno proizvodnjo.

Najvišja kakovost – Zasnovano in izdelano v Nemčiji

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.

Hielscher ultrazvočne procesorje lahko kupite v različnih velikostih in natančno konfigurirane glede na vaše procesne zahteve. Od obdelave tekočin v majhni laboratorijski čaši do neprekinjenega pretočnega mešanja gnojevk in paste na industrijski ravni, Hielscher Ultrasonics ponuja ustrezen visoko zmogljiv homogenizator za vas! Prosimo, kontaktirajte nas – Z veseljem vam priporočamo idealno ultrazvočno nastavitev!

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: