Antibiyotiklerin Ultrasonik Nanoyapılandırılması

Antibiyotiklerin ultrasonik destekli üretimi, ilaca dirençli bakterilere karşı bile etkinliklerini artırabilir: Antibiyotiğe dirençli bakteri suşlarının sayısının artması, son birkaç on yılda antibiyotiklerle başarıyla tedavi edilmiş olan bakteriyel enfeksiyonları yeniden dünya çapında bir sağlık tehdidi hâline getiren, hâlâ çözülememiş bir sorundur. Antibiyotiklerin ultrasonik nanoyapılandırılması, tetrasiklin gibi antibiyotiklerin ilaca dirençli bakterilere karşı etkinliğini artırmak için umut vadeden bir tekniktir.

Antibiyotikler ve Antibiyotiğe Dirençli Bakteriler

Antibiyotik direnci, bakteriler ve mantarlar gibi mikroorganizmaların, kendilerini öldürmek için tasarlanmış ilaçları etkisiz kılma yeteneği geliştirmesiyle ortaya çıkar. Bu, mikroorganizmaların öldürülmediği ve çoğalmaya devam ettiği anlamına gelir. Antibiyotiğe dirençli mikroorganizmaların neden olduğu enfeksiyonların tedavisi zordur ve bazen imkânsızdır.
Bakterilerin antibiyotik direnci, antibiyotik ilaçların aşırı ve yanlış kullanımına bağlanmaktadır. Aşırı ve yanlış kullanım, esas olarak uygunsuz reçeteleme ve yaygın tarımsal kullanımı ifade eder.
penicilin, tetrasiklin, metisilin, eritromisin, gentamisin, vankomisin, imipemen, seftazidim, levofloksasin, linezolid, daptomisin ve ceftraroline gibi yaygın antibiyotiklere karşı bazı bakteri suşları mutasyona uğramış ve antibiyotik direnci geliştirmiştir.
Antibiyotiğe dirençli bakterilerin gelişmesinin temel nedeni, antibiyotik ilaçların aşırı ve yanlış kullanımıdır. Bir hastaya her antibiyotik uygulandığında, duyarlı bakteriler öldürülür. Ancak ilaç tedavisiyle ortadan kaldırılmayan dirençli bakteriler varsa bunlar büyür ve çoğalır. Böylece antibiyotiklerin tekrarlanan ve uygunsuz kullanımı, ilaca dirençli bakterilerin artmasına neden olur.
Çoklu İlaca Dirençli (MDR) bakteriler, mikroorganizmaları öldürmesi beklenen yaygın antibiyotik tedavisine yanıt vermedikleri için ciddi bir sağlık tehdididir.
Gram-pozitif patojenler arasında, dirençli S. aureus (örneğin metisiline dirençli Staphylococcus aureus; MRSA) ve Enterococcus türlerinin küresel pandemisi şu anda en büyük tehdidi oluşturmaktadır. Enterobacteriaceae (örneğin Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa ve Acinetobacter gibi gram-negatif patojenler, mevcut antibiyotik ilaç seçeneklerinin neredeyse tümüne dirençli hâle gelmektedir.

Ultrasonik Olarak Nano Boyuta Getirilen Antibiyotikler

Nano boyutlu farmasötiklerin, çoğu zaman artan emilim hızları, daha yüksek biyoyararlanım ve üstün etkinlik sayesinde mikron boyutlu ilaç moleküllerinden daha üstün olduğu bilinmektedir. Antibiyotikler, bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için yaygın olarak kullanılır. Ancak giderek daha fazla ilaca dirençli bakteri suşunun hızla gelişmesi, yeni antibiyotik ilaçların geliştirilmesini veya mevcut olanların modifiye edilmesini gerekli kılmaktadır. Tetrasiklin gibi antibiyotiklerin parçacık boyutunu sonikasyon yoluyla küçültmek, antibiyotiklerin dirençli olmayan ve dirençli bakteri suşlarına karşı etkinliğini artırmak için kolay, hızlı ve umut vadeden bir stratejidir.
Farmasötik etkin maddelerin (API) ultrasonik nanosüspansiyonları hakkında daha fazla bilgi edinin!

Ultrasonik Olarak Nanoyapılandırılmış Tetrasiklin

Kassirov et al. (2018), ilacın patojenlere karşı etkinliğini artırmak için tetrasikline ultrasonik işlem uyguladı. Çalışmalarında, antibiyotik direncine sahip bir suş olan Escherichia coli Nova Blue TcR ve E. coli 292–116 (ilaç direnci olmayan) kullandılar. Yaygın bir geniş spektrumlu antibiyotik olan tetrasiklin, endüstriyel UIP1000hdT sonikatörü (Hielscher, Almanya; soldaki resme bakın) kullanılarak modifiye edildi. Araştırma ekibi, UIP1000hdT sonikatörüyle yapılan sonokimyasal işlemin antibakteriyel özelliklerin etkinliğini dirençli suşa karşı %25’e kadar, duyarlı suşa karşı ise %100’e kadar artırdığını buldu. Nanoyapılandırılmış tetrasiklinin +4ºC sıcaklıkta uzun süre saklanması bile antimikrobiyal özelliklerini azaltmamaktadır.
Genlik, enerji girdisi ve sonikasyon süresi gibi ultrasonik işlem parametreleri, hem duyarlı hem de dirençli hücrelere karşı antimikrobiyal özelliklerdeki değişimi etkileyen kritik faktörler olarak belirlendi.
Ultrasonik işlem, nano boyutlu ilaç parçacıklarının daha düzgün bir parçacık boyutu dağılımına sahip olmasını sağlar; bu da tetrasiklin moleküllerinin biyoyararlanımının, biyoerişilebilirliğinin ve dolayısıyla etkinliğinin daha yüksek olmasına yol açabilir.
Elde edilen veriler, antibiyotiklerin sonokimyasal modifikasyonunun, ilaca dirençli suşlara karşı antibiyotik tedavisinde etkili yeni ilaçların geliştirilmesi için yeni, umut vadeden ve ucuz bir yaklaşım olabileceğini göstermektedir.

Tetrasiklinin UIP1000hdT sonikatörüyle sonikasyonu.
A – “serbest” tetrasiklinin FTIR spektrumları; B – 5 min sonikasyon sonrasında SN tetrasiklinin FTIR spektrumları; C – “serbest” tetrasiklinin boyut dağılımı histogramı; D – 5 min sonikasyon sonrasında SN tetrasiklinin boyut dağılımı histogramı.
Çalışma ve şekil: Kassirov et al. 2018.

Ultrasonik Olarak Nanoyapılandırılmış İlaçların Avantajları

Ultrasonikasyon, geniş bir nanoyapılandırılmış malzeme yelpazesinin sentezi için çok büyük olanaklar sunar ve birçok endüstride kullanılır. Antibiyotikler, antiviraller ve diğer ilaçlar gibi nano boyutlu farmasötiklerin ultrasonik üretimi son derece umut vadedicidir; çünkü bu nano boyutlu ilaçlar çoğu zaman önemli ölçüde daha yüksek emilim hızı, biyoyararlanım ve etkinlik gösterir. Bu nedenle, geliştirilmiş birçok ilaç formülasyonunda ilaç moleküllerini nanoyapılandırmak ve ilaçları nanoemülsiyonlar, nanolipozomlar, niyozomlar, katı lipit nanoparçacıkları (SLNs), nanoyapılandırılmış lipit taşıyıcılar (NLCs) ve diğer nano boyutlu inklüzyon kompleksleri içinde enkapsüle etmek amacıyla ultrasonikasyona yer verilir.

Antibakteriyel özelliklere sahip nanomalzemelerin ultrasonik işlemi, nanoyapılandırılmış malzemeleri (örneğin nano gümüş, nano ZnO) sentezlemek ve antibakteriyel tıbbi tekstiller ile diğer işlevsel kumaşları üretmek amacıyla bunları tekstillere uygulamak için de kullanılır. Örneğin, pamuklu kumaşlarda antibakteriyel ZnO nanoparçacıklarıyla dayanıklı kaplamalar oluşturmak için tek adımlı bir ultrasonik işlem kullanılır.

Nanoyapılandırılmış Malzemelerin Ultrasonik Sentezi Nasıl Çalışır?

Ultrasonikasyon ve yüksek güçlü ultrasonun kimyasal sistemlere uygulanması olan sonokimya, yüksek kaliteli nano boyutlu malzemeler (örneğin nanoparçacıklar, nanoemülsiyonlar) üretmek için yaygın olarak kullanılır. Sonikasyon ve sonokimya, yüksek performanslı nano boyutlu malzemelerin üretimini mümkün kılar veya kolaylaştırır. Nanoparçacıkların ultrasonik sentezinin avantajı, basitliği ve etkinliğidir. Nanoyapılandırılmış malzemelerin alternatif üretim yöntemleri yüksek yığın sıcaklıkları, basınçlar ve / veya uzun reaksiyon süreleri gerektirirken, ultrasonik sentez çoğu zaman nanomalzemelerin kolay, hızlı ve verimli bir şekilde üretilmesine olanak tanır. Yüksek yoğunluklu ultrasonun oluşturduğu hem sonokimyasal hem de sonomekanik etkiler, nano boyutlu parçacıkların sentezinden veya işlevselleştirilmesinden/modifikasyonundan sorumludur. Yüksek güçlü ultrasonik dalgaların sıvılara aktarılması, akustik kavitasyona, yani kabarcıkların oluşumuna, büyümesine ve içe doğru çökmesine yol açar ve birincil sonokimya (çöken kabarcıkların içinde gerçekleşen gaz fazı kimyası), ikincil sonokimya (kabarcıkların dışında gerçekleşen çözelti fazı kimyası) ve sonomekanik / fiziksel modifikasyonlar (yüksek hızlı sıvı jetleri, şok dalgaları ve/veya bulamaçlardaki parçacıklar arası çarpışmaların neden olduğu) olarak sınıflandırılabilir. (bkz. Hinman and Suslick, 2017) Kavitasyonun parçacıklar üzerindeki etkisi, boyut küçültmeye, nanoyapılandırmaya (nanodispersiyon, nanoemülsifikasyon) ve ayrıca parçacıkların işlevselleştirilmesine ve modifikasyonuna yol açar.
Parçacıkların ultrasonik öğütülmesi ve disperse edilmesi hakkında daha fazla bilgi edinin!

Nanoyapılandırılmış Farmasötiklerin Sentezi İçin Ultrasonik Problar

Hielscher Ultrasonic, ilaç ve gıda endüstrisi için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörlerin tasarımı, üretimi, dağıtımı ve servisinde uzun yıllara dayanan deneyime sahiptir.
Yüksek kaliteli nano boyutlu ilaç parçacıklarının, lipozomların, katı lipit nanoparçacıklarının, polimerik nanoparçacıkların, siklodekstrin komplekslerinin ve aşıların hazırlanması, Hielscher ultrasonik sistemlerinin yaygın olarak kullanıldığı ve yüksek güvenilirlikleri ile üstün çıktı kaliteleri nedeniyle değer gördüğü proseslerdir. Hielscher sonikatörleri, genlik, sıcaklık, basınç ve sonikasyon enerjisi gibi tüm proses parametrelerinin hassas biçimde kontrol edilmesine olanak tanır. Akıllı yazılım, tüm sonikasyon parametrelerini (zaman, tarih, genlik, net enerji, toplam enerji, sıcaklık, basınç) yerleşik SD karta otomatik olarak kaydeder. Bu, proses ve kalite kontrolünü önemli ölçüde kolaylaştırır ve İyi Üretim Uygulamaları (GMP) gerekliliklerinin karşılanmasına yardımcı olur.

Her Üretim Kapasitesi İçin Ultrasonik Karıştırıcılar

Hielscher Ultrasonics ürün yelpazesi, kompakt laboratuvar sonikatörlerinden tezgâh üstü ve pilot sistemlere, saatte kamyonlar dolusu malzeme işleme kapasitesine sahip tamamen endüstriyel ultrasonik işlemcilere kadar ultrasonik işlemcilerin tüm çeşitlerini kapsar. Eksiksiz ürün yelpazesi, proses kapasiteniz ve hedefleriniz için size en uygun ultrasonik kesme karıştırıcısını sunmamıza olanak tanır. Bu, uygulamanızı küçük laboratuvar ölçeğinde geliştirip test etmenize ve ardından doğrusal olarak üretim kapasitesine ölçeklendirmenize olanak tanır. Ultrasonik karıştırma prosesi, belirlediğiniz proses parametrelerinden hareketle tamamen doğrusal olarak ölçeklendirilebildiğinden, daha küçük bir ultrasonik karıştırıcıdan daha yüksek işleme kapasitelerine ölçek büyütmek çok basittir. Ölçek büyütme, daha güçlü bir ultrasonik karıştırıcı ünitesi kurularak veya birden fazla sonikatör paralel bir grup hâlinde bir araya getirilerek yapılabilir.
Ultrasonik karıştırıcılar, sıvı–sıvı ve katı–sıvı süspansiyonların steril homojenizasyonu için de kullanılır.

Parçacıkları Yüksek Verimlilikle Nanoyapılandırmak İçin Yüksek Genlikler

Hielscher Ultrasonics endüstriyel ultrasonik işlemcileri çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200µm’ye kadar genliklerle 24/7 çalışma koşullarında kolayca kesintisiz çalışılabilir. Daha da yüksek genlikler için özel olarak uyarlanmış ultrasonik sonotrotlar mevcuttur. Ultrasonik sonotrotlar (hornlar, problar) ve reaktörler otoklavlanabilir. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır hizmet koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır.

Kolay, Risksiz Test

Ultrasonik prosesler tamamen doğrusal olarak ölçeklendirilebilir. Bu, bir laboratuvar veya tezgâh üstü sonikatörü kullanarak elde ettiğiniz her sonucun, tamamen aynı proses parametreleri kullanılarak tam olarak aynı çıktıyı verecek şekilde ölçeklendirilebileceği anlamına gelir. Bu özellik, ultrasonikasyonu ürün geliştirme ve ardından ticari üretime uygulama için ideal kılar.

En Yüksek Kalite – Almanya’da Tasarlanmış ve Üretilmiştir

Aile mülkiyetinde olan ve aile tarafından yönetilen bir işletme olarak Hielscher, ultrasonik işlemcileri için en yüksek kalite standartlarına öncelik verir. Tüm sonikatörler, Almanya’da Berlin yakınlarındaki Teltow’da bulunan merkezimizde tasarlanır, üretilir ve kapsamlı biçimde test edilir. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı ve güvenilirliği, onları üretiminizin yükünü taşıyan cihazlar hâline getirir. Tam yük altında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışma, Hielscher yüksek performanslı sonikatörlerinin doğal bir özelliğidir.

Hielscher ultrasonik işlemcilerini çeşitli boyutlarda ve proses gereksinimlerinize tam olarak uyarlanmış konfigürasyonlarla satın alabilirsiniz. Küçük bir laboratuvar beherindeki sıvıların işlenmesinden, endüstriyel düzeyde bulamaçların ve macunların sürekli akışta karıştırılmasına kadar Hielscher Ultrasonics size uygun, yüksek performanslı bir homojenizatör sunar! Lütfen bizimle iletişime geçin – size ideal ultrasonik düzeneği önermekten memnuniyet duyarız!

Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir: