Ультразвукове наноструктурування антибіотиків

Виробництво антибіотиків за допомогою ультразвуку може підвищити їх ефективність навіть проти бактерій, стійких до ліків: збільшення числа штамів бактерій, стійких до антибіотиків, все ще залишається невирішеною проблемою, яка робить бактеріальні інфекції, які успішно лікувалися антибіотиками протягом останніх десятиліть, знову загрозою здоров'ю в усьому світі. Ультразвукове наноструктурування антибіотиків є перспективним методом підвищення ефективності таких антибіотиків, як тетрациклін, проти бактерій, стійких до ліків.

Антибіотики та бактерії, стійкі до антибіотиків

Резистентність до антибіотиків виникає, коли мікроби, такі як бактерії та грибки, розвивають здатність перемагати ліки, призначені для їх знищення. Це означає, що мікроби не гинуть і продовжують рости. Інфекції, спричинені стійкими до антибіотиків мікробами, важко піддаються лікуванню, а іноді й неможливо.
Антибіотикорезистентність бактерій пояснюється надмірним використанням, а також неправильним застосуванням антибіотичних препаратів. Надмірне та неправильне використання стосуються в основному невідповідних рецептів та широкого сільськогосподарського використання
Для поширених антибіотиків, таких як пеніцилін, тетрациклін, метицилін, еритроміцин, гентаміцин, ванкоміцин, іміпемен, цефтазидим, левофлоксацин, лінезолід, даптоміцин і цефтраролін, певні штами бактерій мутували і розвивали стійкість до антибіотиків.
Основна причина розвитку антибіотикорезистентних бактерій криється в надмірному і неправильному використанні антибіотичних препаратів. Щоразу, коли пацієнту вводять антибіотики, чутливі бактерії гинуть. Однак, якщо є резистентні бактерії, які не викорінюються медикаментозним лікуванням, вони ростуть і розмножуються. Таким чином, багаторазове і неправильне застосування антибіотиків викликає збільшення кількості бактерій, стійких до ліків.
Бактерії з мультилікарською стійкістю (MDR) є серйозною загрозою для здоров'я, оскільки вони не реагують на звичайне лікування антибіотиками, яке має вбивати мікроби.
Серед грампозитивних патогенів глобальна пандемія резистентного S. aureus (наприклад, метицилін-резистентний золотистий стафілокок; MRSA) і види Enterococcus в даний час становлять найбільшу загрозу. Грамнегативні патогени, такі як Enterobacteriaceae (наприклад, Klebsiella pneumoniae), синьогнійна паличка та Acinetobacter, стають стійкими майже до всіх доступних варіантів антибіотиків.

Ультразвукові нанорозмірні антибіотики

Відомо, що нанорозмірні фармацевтичні препарати перевершують молекули ліків мікронного розміру, часто завдяки підвищеній швидкості всмоктування, вищій біодоступності та чудовій ефективності. Антибіотики широко використовуються для лікування бактеріальних інфекцій. Однак швидкий розвиток все більшої кількості резистентних до ліків штамів бактерій робить необхідною розробку нових або модифікацію існуючих антибіотичних препаратів. Зменшення розміру частинок антибіотиків, таких як тетрациклін, за допомогою ультразвукової діагностики є однією з простих, швидких і перспективних стратегій підвищення ефективності антибіотиків проти нерезистентних і резистентних штамів бактерій.
Дізнайтеся більше про ультразвукові наносуспензії фармацевтичних АФІ!

Ультразвуковий наноструктурований тетрациклін

Kassirov et al. (2018) використовували тетрациклін ультразвуковим способом для покращення ефективності препарату проти патогенних мікроорганізмів. У своєму дослідженні вони використовували Escherichia coli Nova Blue TcR, штам зі стійкістю до антибіотиків, і E. coli 292–116 (без лікарської резистентності). Тетрациклін, поширений антибіотик широкого спектру дії, був модифікований за допомогою промислового ультразвукового апарату UIP1000HDT (Hielscher, Німеччина; див. малюнок ліворуч). Дослідницька група виявила, що сонохімічна обробка UIP1000hdT підвищує ефективність антибактеріальних властивостей до 25% проти резистентного штаму та до 100% проти чутливого штаму. Навіть тривале зберігання наноструктурованого тетрацикліну при температурі +4ºC не знижує його антимікробних властивостей.
Параметри ультразвукової обробки, такі як амплітуда, вхідна енергія та час ультразвуку, були визначені як критичні фактори, що впливають на зміну антимікробних властивостей як щодо чутливих, так і проти резистентних клітин.
Ультразвукова обробка призводить до більш рівномірного розподілу частинок нанорозмірних за розміром частинок ліків, що може призвести до більш високої біодоступності, біодоступності і, отже, ефективності молекул тетрацикліну.
Отримані дані свідчать, що сонохимическая модифікація антибіотиків може стати новим, перспективним та дешевим підходом до розробки нових препаратів, ефективних для антибіотикотерапії проти штамів лікарської резистентності.

Ультразвукове дослідження тетрацикліну з UIP1000hdT.
А – спектри FTIR «вільного» тетрацикліну; B – спектри FTIR тетрацикліну SN після 5 хв ультразвукового дослідження; C – гістограма розподілу розмірів «вільного» тетрацикліну; D – Гістограма розподілу розмірів тетрацикліну SN після 5 хв ультразвукової діагностики.
Дослідження та малюнок Кассірова та ін., 2018.

Переваги ультразвукових наноструктурованих препаратів

Ультразвук відкриває величезні можливості для синтезу широкого спектру наноструктурованих матеріалів і використовується в багатьох галузях промисловості. Ультразвукове виробництво нанорозмірних фармацевтичних препаратів, таких як антибіотики, противірусні препарати та інші лікарські засоби, є дуже перспективним, оскільки ці нанорозмірні препарати часто демонструють значно вищу швидкість всмоктування, біодоступність та ефективність. Тому багато вдосконалених лікарських форм включають ультразвук з метою наноструктурування молекул ліків, інкапсуляції ліків у наноемульсії, наноліпосоми, ніосоми, твердоліпідні наночастинки (SLN), наноструктуровані ліпідні носії (NLC) та інші нанорозмірні комплекси включення.

Ультразвукова обробка наноматеріалів з антибактеріальними властивостями також використовується для синтезу наноструктурованих матеріалів (наприклад, нано-срібло, нано ZnO) і нанесення їх на текстиль з метою виробництва антибактеріального медичного текстилю та інших функціональних тканин. Наприклад, одноетапний ультразвуковий процес використовується для виготовлення міцних покриттів бавовняних тканин з антибактеріальними наночастинками ZnO.

Як працює ультразвуковий синтез наноструктурованих матеріалів?

Ультразвук і сонохімія, тобто застосування ультразвуку високої потужності в хімічних системах, широко використовуються для виробництва високоякісних нанорозмірних матеріалів (наприклад, наночастинок, наноемульсій). Ультразвук і сонохімія дозволяють або полегшують виробництво високоефективних нанорозмірних матеріалів. Перевагою ультразвукового синтезу наночастинок є простота і ефективність. У той час як альтернативні методи виробництва наноструктурованих матеріалів вимагають високих об'ємних температур, тиску та/або тривалого часу реакції, ультразвуковий синтез часто дозволяє легко, швидко та ефективно виробляти наноматеріали. Як сонохімічні, так і сономеханічні ефекти, що генеруються високоінтенсивним ультразвуком, відповідають за синтез або функціоналізацію/модифікацію нанорозмірних частинок. Зв'язок потужних ультразвукових хвиль з рідинами призводить до акустичної кавітації: утворення, росту та вибухового колапсу бульбашок, і може бути класифікований як первинна сонохімія (газофазна хімія, що відбувається всередині бульбашок, що руйнуються), вторинна сонохімія (хімія фази розчину, що відбувається поза бульбашками) та сономеханічні / фізичні модифікації (спричинені високошвидкісними струменями рідини, ударними хвилями та/або зіткненнями між частинками в суспензіях). (пор. Хінман і Суслік, 2017) Кавітаційний вплив на частинки призводить до зменшення розмірів, наноструктурування (нанодисперсія, наноемульгування), а також до функціоналізації та модифікації частинок.
Дізнайтеся більше про ультразвукове фрезерування та диспергування частинок!

Ультразвукові зонди для синтезу наноструктурованих фармацевтичних препаратів

Компанія Hielscher Ultrasonic має багаторічний досвід у розробці, виробництві, розповсюдженні та обслуговуванні високоефективних ультразвукових гомогенізаторів для фармацевтичної та харчової промисловості.
Приготування високоякісних нанорозмірних частинок ліків, ліпосом, твердих ліпідних наночастинок, полімерних наночастинок, комплексів циклодекстрину та вакцин – це процеси, в яких широко використовуються ультразвукові системи Hielscher і цінуються за високу надійність та чудову якість на виході. Ультразвукові апарати Hielscher дозволяють точно контролювати всі параметри процесу, такі як амплітуда, температура, тиск і енергія звуку. Інтелектуальне програмне забезпечення автоматично протоколізує всі параметри звуку (час, дата, амплітуда, чиста енергія, загальна енергія, температура, тиск) на вбудовану SD-карту. Це значно полегшує контроль процесів і якості, а також допомагає дотримуватися належної виробничої практики (GMP).

Ультразвукові міксери для будь-якої потужності продукту

Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics охоплює повний спектр ультразвукових процесорів, від компактних лабораторних ультразвукових пристроїв для настільних і пілотних систем до повністю промислових ультразвукових процесорів з продуктивністю обробки вантажівок на годину. Повний асортимент продукції дозволяє нам запропонувати вам найбільш підходящий ультразвуковий змішувач для ваших виробничих потужностей і цілей. Це дозволяє вам розробляти та тестувати вашу програму в невеликому розмірі лабораторії та масштабувати її, а потім лінійно масштабувати до виробничої потужності. Масштабування від меншого ультразвукового змішувача до більш високих потужностей обробки дуже просте, оскільки процес ультразвукового змішування може бути повністю лінійно масштабований від встановлених параметрів процесу. Масштабування може бути виконано шляхом встановлення більш потужного ультразвукового міксера або паралельного кластеризації декількох ультразвукових апаратів.
Ультразвукові мішалки також використовуються для стерильної гомогенізації рідко-рідких і твердо-рідких суспензій.

Високі амплітуди до наноструктурних частинок з високою ефективністю

Hielscher Ultrasonics’ Промислові ультразвукові процесори можуть видавати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Ультразвукові сонотроди (ріжки, зонди) і реактори автоклавуються. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.

Легке тестування без ризиків

Ультразвукові процеси можуть бути повністю лінійно масштабовані. Це означає, що кожен результат, якого ви досягли за допомогою лабораторного або настільного ультразвукового апарату, може бути масштабований до абсолютно однакового результату за допомогою тих самих параметрів процесу. Це робить ультразвук ідеальним для розробки продукту та подальшого впровадження в комерційне виробництво.

Найвища якість – Розроблено та виготовлено в Німеччині

Як сімейний бізнес, Hielscher надає пріоритет найвищим стандартам якості для своїх ультразвукових процесорів. Всі ультразвукові апарати розроблені, виготовлені та ретельно протестовані в нашій штаб-квартирі в Тельтові поблизу Берліна, Німеччина. Міцність і надійність ультразвукового обладнання Hielscher роблять його робочою конячкою на вашому виробництві. Робота 24/7 при повному навантаженні та в складних умовах є природною характеристикою високопродуктивних ультразвукових систем Hielscher.

Ви можете купити ультразвукові процесори Hielscher в будь-якому розмірі і точно налаштовані під ваші вимоги процесу. Від обробки рідин у невеликій лабораторній мензурці до безперервного проточного змішування суспензій і паст на промисловому рівні, Hielscher Ultrasonics пропонує для вас відповідний високоефективний гомогенізатор! Будь ласка, зв'яжіться з нами – Ми раді порекомендувати Вам ідеальну ультразвукову установку!

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: