Ултразвучно наноструктурирање антибиотика

Производња антибиотика потпомогнута ултразвуком може повећати њихову ефикасност, чак и против бактерија отпорних на лекове: све већи број бактеријских сојева отпорних на антибиотике и даље је нерешен проблем због којег бактеријске инфекције, које су током последњих деценија успешно лечене антибиотицима, поново постају претња здрављу широм света. Ултразвучно наноструктурирање антибиотика је обећавајућа техника за повећање ефикасности антибиотика као што је тетрациклин против бактерија отпорних на лекове.

Антибиотици и бактерије отпорне на антибиотике

Резистенција на антибиотике настаје када микроорганизми попут бактерија и гљивица развију способност да се одупру дејству лекова намењених њиховом уништавању. То значи да микроорганизми нису уништени и настављају да расту. Инфекције изазване микроорганизмима отпорним на антибиотике тешко је, а понекад и немогуће, лечити.
Резистенција бактерија на антибиотике приписује се прекомерној, као и неправилној употреби антибиотских лекова. Прекомерна и неправилна употреба односе се углавном на неодговарајуће прописивање и широку примену у пољопривреди
Поједини бактеријски сојеви су мутирали и развили резистенцију на уобичајене антибиотике као што су пеницилин, тетрациклин, метицилин, еритромицин, гентамицин, ванкомицин, имипенем, цефтазидим, левофлоксацин, линезолид, даптомицин и цефтаролин.
Главни узрок развоја бактерија отпорних на антибиотике лежи у прекомерној и неправилној употреби антибиотских лекова. Сваки пут када се пацијенту дају антибиотици, осетљиве бактерије се уништавају. Међутим, ако постоје отпорне бактерије које нису искорењене лечењем лековима, оне расту и размножавају се. Тако поновљена и неодговарајућа употреба антибиотика доводи до повећања броја бактерија отпорних на лекове.
Бактерије резистентне на више лекова (MDR) представљају озбиљну претњу здрављу јер не реагују на уобичајено лечење антибиотицима, које би требало да уништи микроорганизме.
Међу грам-позитивним патогенима, глобална пандемија резистентних S. aureus (нпр. Staphylococcus aureus резистентан на метицилин; MRSA) и врста рода Enterococcus тренутно представља највећу претњу. Грам-негативни патогени као што су Enterobacteriaceae (нпр. Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter постају отпорни на готово све доступне антибиотске лекове.

Антибиотици сведени ултразвуком на нанометарску величину

Познато је да фармацеутски препарати нанометарске величине често надмашују молекуле лекова микрометарске величине због веће брзине апсорпције, веће биорасположивости и боље ефикасности. Антибиотици се широко користе за лечење бактеријских инфекција. Међутим, брз развој све већег броја бактеријских сојева отпорних на лекове чини неопходним развој нових или модификацију постојећих антибиотских лекова. Смањење величине честица антибиотика као што је тетрациклин соникацијом представља једну једноставну, брзу и обећавајућу стратегију за побољшање ефикасности антибиотика против нерезистентних и резистентних бактеријских сојева.
Прочитајте више о ултразвучним наносуспензијама активних фармацеутских супстанци!

Ултразвучно наноструктуриран тетрациклин

Касиров и сарадници (2018) третирали су тетрациклин ултразвуком како би побољшали ефикасност лека против патогена. У својој студији користили су Escherichia coli Nova Blue TcR, сој резистентан на антибиотике, и E. coli 292–116 (без резистенције на лекове). Тетрациклин, уобичајени антибиотик широког спектра, модификован је помоћу индустријског ултразвучног уређаја UIP1000hdT (Hielscher, Немачка; видети слику лево). Истраживачки тим је утврдио да сонохемијска обрада помоћу UIP1000hdT повећава ефикасност антибактеријских својстава за до 25% против резистентног соја и за до 100% против осетљивог соја. Чак ни дуготрајно складиштење наноструктурираног тетрациклина на +4ºC не смањује антимикробна својства.
Параметри ултразвучне обраде, као што су амплитуда, унос енергије и време соникације, утврђени су као кључни фактори који утичу на промену антимикробних својстава према осетљивим и резистентним ћелијама.
Ултразвучна обрада доводи до уједначеније расподеле величине наночестица лека, што би могло довести до веће биорасположивости, биоприступачности, а тиме и ефикасности молекула тетрациклина.
Добијени подаци показују да сонохемијска модификација антибиотика може бити нов, обећавајући и јефтин приступ развоју нових лекова ефикасних за антибиотску терапију против сојева резистентних на лекове.

Соникација тетрациклина помоћу UIP1000hdT.
A – FTIR спектри „слободног“ тетрациклина; B – FTIR спектри SN тетрациклина након 5 min соникације; C – Хистограм расподеле величине „слободног“ тетрациклина; D – Хистограм расподеле величине SN тетрациклина након 5 min соникације.
Студија и слика: Kassirov и сар. 2018.

Предности ултразвучно наноструктурираних лекова

Ултразвучна обрада пружа огромне могућности за синтезу широког спектра наноструктурираних материјала и користи се у многим индустријским гранама. Ултразвучна производња лекова нанометарских димензија, као што су антибиотици, антивирусни и други лекови, веома је обећавајућа јер ови лекови често показују знатно већу брзину апсорпције, биорасположивост и ефикасност. Зато многе унапређене формулације лекова укључују ултразвучну обраду ради наноструктурирања молекула лека и инкапсулације лекова у наноемулзије, нанолипозоме, ниозоме, чврсте липидне наночестице (SLNs), наноструктуриране липидне носаче (NLCs) и друге инклузионе комплексе нанометарских димензија.

Ултразвучна обрада наноматеријала са антибактеријским својствима користи се и за синтезу наноструктурираних материјала (нпр. наносребра, нано ZnO) и њихово наношење на текстил ради производње антибактеријског медицинског текстила и других функционалних тканина. На пример, једностепени ултразвучни поступак користи се за израду трајних превлака са антибактеријским наночестицама ZnO на памучним тканинама.

Како функционише ултразвучна синтеза наноструктурираних материјала?

Ултразвучна обрада и сонохемија, која представља примену ултразвука велике снаге на хемијске системе, широко се користе за производњу висококвалитетних материјала нанометарских димензија (нпр. наночестица, наноемулзија). Соникација и сонохемија омогућавају или олакшавају производњу материјала нанометарских димензија високих перформанси. Предност ултразвучне синтезе наночестица јесу једноставност и ефикасност. Док алтернативне методе производње наноструктурираних материјала захтевају високе температуре у целокупној реакционој средини, високе притиске и / или дуга времена реакције, ултразвучна синтеза често омогућава једноставну, брзу и ефикасну производњу наноматеријала. И сонохемијски и сономеханички ефекти које ствара ултразвук високог интензитета одговорни су за синтезу или функционализацију/модификацију честица нанометарских димензија. Пренос ултразвучних таласа велике снаге у течности доводи до акустичне кавитације: настанка, раста и имплозивног колапса мехурића, при чему се настали ефекти могу категорисати као примарна сонохемија (хемија у гасној фази која се одвија унутар мехурића током њиховог колапса), секундарна сонохемија (хемија у фази раствора која се одвија изван мехурића) и сономеханичке / физичке модификације (изазване млазевима течности велике брзине, ударним таласима и/или сударима честица у суспензијама). (уп. Hinman and Suslick, 2017) Кавитационо дејство на честице доводи до смањења њихове величине, наноструктурирања (нанодисперговања, наноемулговања), као и до функционализације и модификације честица.
Прочитајте више о ултразвучном млевењу и дисперговању честица!

Ултразвучне сонде за синтезу наноструктурираних фармацеутских препарата

Hielscher Ultrasonic има дугогодишње искуство у пројектовању, производњи, дистрибуцији и сервисирању ултразвучних хомогенизатора високих перформанси за фармацеутску и прехрамбену индустрију.
Припрема висококвалитетних честица лекова нанометарских димензија, липозома, чврстих липидних наночестица, полимерних наночестица, циклодекстринских комплекса и вакцина јесу процеси у којима се Hielscher ултразвучни системи широко користе и цене због своје високе поузданости и врхунског квалитета добијених производа. Hielscher ултразвучни уређаји омогућавају прецизну контролу свих параметара процеса, као што су амплитуда, температура, притисак и енергија соникације. Интелигентни софтвер аутоматски бележи све параметре соникације (време, датум, амплитуду, нето енергију, укупну енергију, температуру, притисак) на уграђену SD картицу. То знатно олакшава контролу процеса и квалитета и помаже у испуњавању захтева добре произвођачке праксе (GMP).

Ултразвучне мешалице за сваки производни капацитет

Асортиман производа компаније Hielscher Ultrasonics обухвата читав спектар ултразвучних процесора, од компактних лабораторијских ултразвучних уређаја, преко стоних и пилот-система, до потпуно индустријских ултразвучних процесора који могу да обраде количине материјала које одговарају товарима камиона на сат. Комплетан асортиман производа омогућава нам да вам понудимо најпогоднију ултразвучну мешалицу са смицајним дејством за капацитет и циљеве вашег процеса. То вам омогућава да развијете и тестирате своју примену у малим лабораторијским размерама, а затим је линеарно повећате до производног капацитета. Прелазак са мање ултразвучне мешалице на веће капацитете обраде веома је једноставан јер се процес ултразвучног мешања може у потпуности линеарно скалирати на основу ваших утврђених параметара процеса. Повећање капацитета може се постићи уградњом снажније ултразвучне мешалице или паралелним повезивањем више ултразвучних уређаја.
Ултразвучне мешалице користе се и за стерилну хомогенизацију суспензија течност–течност и чврсто–течно.

Високе амплитуде за високоефикасно наноструктурирање честица

Индустријски ултразвучни процесори компаније Hielscher Ultrasonics могу да остваре веома високе амплитуде. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати непрекидно у режиму рада 24/7. За још више амплитуде доступне су ултразвучне сонотроде израђене по мери. Ултразвучне сонотроде (рогови, сонде) и реактори могу се стерилисати у аутоклаву. Робусност ултразвучне опреме компаније Hielscher омогућава рад 24/7 под великим оптерећењем и у захтевним окружењима.

Једноставно испитивање без ризика

Ултразвучни процеси могу се у потпуности линеарно скалирати. То значи да се сваки резултат који сте постигли лабораторијским или стоним ултразвучним уређајем може скалирати тако да се постигне потпуно исти резултат уз потпуно исте параметре процеса. То чини ултразвучну обраду идеалном за развој производа и накнадно увођење у комерцијалну производњу.

Највиши квалитет – пројектовано и произведено у Немачкој

Као предузеће у породичном власништву којим управља породица, Hielscher даје предност највишим стандардима квалитета за своје ултразвучне процесоре. Сви ултразвучни уређаји пројектују се, производе и темељно испитују у нашем седишту у Телтову близу Берлина, у Немачкој. Робусност и поузданост ултразвучне опреме компаније Hielscher чине је поузданим ослонцем у вашој производњи. Рад 24/7 под пуним оптерећењем и у захтевним окружењима природна је одлика ултразвучних уређаја високих перформанси компаније Hielscher.

Ултразвучне процесоре Hielscher можете купити у различитим величинама, са конфигурацијом тачно прилагођеном захтевима вашег процеса. Од обраде флуида у малој лабораторијској чаши до континуалног проточног мешања суспензија и паста на индустријском нивоу, Hielscher Ultrasonics нуди одговарајући хомогенизатор високих перформанси за вас! Контактирајте нас – радо ћемо вам препоручити идеалну ултразвучну поставку!

Табела у наставку даје увид у приближан капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: