Tạo cấu trúc nano cho kháng sinh bằng siêu âm

Sản xuất kháng sinh có hỗ trợ siêu âm có thể làm tăng hiệu quả của chúng, ngay cả đối với vi khuẩn kháng thuốc: Số lượng chủng vi khuẩn kháng kháng sinh ngày càng tăng vẫn là một vấn đề chưa được giải quyết, khiến các bệnh nhiễm khuẩn vốn đã được điều trị thành công bằng kháng sinh trong những thập kỷ qua một lần nữa trở thành mối đe dọa sức khỏe trên toàn thế giới. Tạo cấu trúc nano cho kháng sinh bằng siêu âm là một kỹ thuật đầy hứa hẹn nhằm tăng hiệu quả của các kháng sinh như tetracycline đối với vi khuẩn kháng thuốc.

Kháng sinh và vi khuẩn kháng kháng sinh

Tình trạng kháng kháng sinh xảy ra khi các vi sinh vật như vi khuẩn và nấm phát triển khả năng chống lại các loại thuốc được thiết kế để tiêu diệt chúng. Điều đó có nghĩa là các vi sinh vật này không bị tiêu diệt và tiếp tục phát triển. Các bệnh nhiễm trùng do vi sinh vật kháng kháng sinh gây ra rất khó điều trị, và đôi khi không thể điều trị được.
Tình trạng kháng kháng sinh của vi khuẩn được cho là do việc lạm dụng cũng như sử dụng sai thuốc kháng sinh. Lạm dụng và sử dụng sai chủ yếu đề cập đến việc kê đơn không phù hợp và sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp
Đối với các kháng sinh thông dụng như penicilin, tetracycline, methicillin, erythromycin, gentamicin, vancomycin, imipemen, ceftazidime, levofloxacin, linezolid, daptomycin và ceftraroline, một số chủng vi khuẩn đã đột biến và phát triển khả năng kháng kháng sinh.
Nguyên nhân chính dẫn đến sự phát triển của vi khuẩn kháng kháng sinh nằm ở việc lạm dụng và sử dụng sai thuốc kháng sinh. Mỗi khi bệnh nhân được dùng kháng sinh, các vi khuẩn nhạy cảm bị tiêu diệt. Tuy nhiên, nếu có các vi khuẩn kháng thuốc không bị loại bỏ bằng liệu pháp điều trị bằng thuốc, chúng sẽ phát triển và nhân lên. Do đó, việc sử dụng kháng sinh lặp đi lặp lại và không phù hợp làm gia tăng vi khuẩn kháng thuốc.
Vi khuẩn đa kháng thuốc (MDR) là mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe vì chúng không đáp ứng với liệu pháp kháng sinh thông thường vốn được dùng để tiêu diệt các vi sinh vật này.
Trong số các tác nhân gây bệnh Gram dương, đại dịch toàn cầu do S. aureus kháng thuốc (ví dụ: Staphylococcus aureus kháng methicillin; MRSA) và các loài Enterococcus hiện đang gây ra mối đe dọa lớn nhất. Các tác nhân gây bệnh Gram âm như Enterobacteriaceae (ví dụ: Klebsiella pneumoniae), Pseudomonas aeruginosa và Acinetobacter đang trở nên kháng gần như tất cả các lựa chọn thuốc kháng sinh hiện có.

Kháng sinh được đưa về kích thước nano bằng siêu âm

Các dược phẩm có kích thước nano được biết là thường vượt trội hơn các phân tử thuốc có kích thước micromet nhờ tốc độ hấp thu tăng, sinh khả dụng cao hơn và hiệu quả vượt trội. Kháng sinh được sử dụng rộng rãi để điều trị các bệnh nhiễm khuẩn. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của ngày càng nhiều chủng vi khuẩn kháng thuốc khiến việc phát triển thuốc kháng sinh mới hoặc biến đổi các thuốc kháng sinh hiện có trở nên cần thiết. Giảm kích thước hạt của các kháng sinh như tetracycline bằng xử lý siêu âm là một chiến lược đơn giản, nhanh chóng và đầy hứa hẹn để cải thiện hiệu quả của kháng sinh đối với các chủng vi khuẩn không kháng thuốc và kháng thuốc.
Đọc thêm về hỗn dịch nano của các hoạt chất dược phẩm (API) được tạo bằng siêu âm!

Tetracycline được tạo cấu trúc nano bằng siêu âm

Kassirov và cộng sự (2018) đã xử lý tetracycline bằng siêu âm để cải thiện hiệu quả của thuốc đối với các tác nhân gây bệnh. Trong nghiên cứu, họ sử dụng Escherichia coli Nova Blue TcR, một chủng kháng kháng sinh, và E. coli 292–116 (không kháng thuốc). Tetracycline, một kháng sinh phổ rộng thông dụng, được biến đổi bằng máy siêu âm công nghiệp UIP1000hdT (Hielscher, Đức; xem hình bên trái). Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng việc xử lý hóa siêu âm bằng UIP1000hdT làm tăng hiệu quả kháng khuẩn lên tới 25% đối với chủng kháng thuốc và lên tới 100% đối với chủng nhạy cảm. Ngay cả việc bảo quản tetracycline có cấu trúc nano trong thời gian dài ở +4ºC cũng không làm giảm đặc tính kháng vi sinh vật.
Các thông số xử lý siêu âm như biên độ, năng lượng đầu vào và thời gian xử lý siêu âm được xác định là những yếu tố then chốt ảnh hưởng đến sự thay đổi đặc tính kháng vi sinh vật đối với cả tế bào nhạy cảm và tế bào kháng thuốc.
Quá trình xử lý siêu âm tạo ra sự phân bố kích thước đồng đều hơn của các hạt thuốc kích thước nano, điều này có thể làm tăng sinh khả dụng, khả năng tiếp cận sinh học và qua đó tăng hiệu quả của các phân tử tetracycline.
Dữ liệu thu được cho thấy việc biến đổi kháng sinh bằng phương pháp hóa siêu âm có thể là một hướng tiếp cận mới đầy hứa hẹn và ít tốn kém để phát triển các loại thuốc mới có hiệu quả trong liệu pháp kháng sinh chống lại các chủng kháng thuốc.

Xử lý tetracycline bằng siêu âm với UIP1000hdT.
A – Phổ FTIR của tetracycline “tự do”; B – Phổ FTIR của tetracycline SN sau 5 phút xử lý siêu âm; C – Biểu đồ phân bố kích thước của tetracycline “tự do”; D – Biểu đồ phân bố kích thước của tetracycline SN sau 5 phút xử lý siêu âm.
Nghiên cứu và hình minh họa của Kassirov và cộng sự, 2018.

Ưu điểm của thuốc được tạo cấu trúc nano bằng siêu âm

Siêu âm mang lại những khả năng to lớn trong việc tổng hợp nhiều loại vật liệu có cấu trúc nano và được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Việc sản xuất dược phẩm kích thước nano bằng siêu âm, chẳng hạn như kháng sinh, thuốc kháng vi-rút và các loại thuốc khác, rất hứa hẹn vì những loại thuốc kích thước nano này thường có tốc độ hấp thu, sinh khả dụng và hiệu quả cao hơn đáng kể. Vì vậy, nhiều công thức thuốc cải tiến sử dụng siêu âm để tạo cấu trúc nano cho các phân tử thuốc, bao gói thuốc trong nhũ tương nano, liposome nano, niosome, hạt nano lipid rắn (SLNs), chất mang lipid có cấu trúc nano (NLCs) và các phức bao kích thước nano khác.

Xử lý siêu âm đối với vật liệu nano có đặc tính kháng khuẩn cũng được sử dụng để tổng hợp các vật liệu có cấu trúc nano (ví dụ: bạc nano, ZnO nano) và đưa chúng lên vật liệu dệt nhằm sản xuất vật liệu dệt y tế kháng khuẩn và các loại vải chức năng khác. Ví dụ, quy trình siêu âm một bước được sử dụng để tạo lớp phủ bền trên vải bông bằng các hạt nano ZnO kháng khuẩn.

Quá trình tổng hợp vật liệu có cấu trúc nano bằng siêu âm diễn ra như thế nào?

Xử lý bằng siêu âm và hóa siêu âm, tức là việc ứng dụng siêu âm công suất cao vào các hệ hóa học, được sử dụng rộng rãi để sản xuất vật liệu kích thước nano chất lượng cao (ví dụ: hạt nano, nhũ tương nano). Xử lý bằng siêu âm và hóa siêu âm cho phép hoặc tạo thuận lợi cho việc sản xuất vật liệu kích thước nano có hiệu năng cao. Ưu điểm của phương pháp tổng hợp hạt nano bằng siêu âm là tính đơn giản và hiệu quả. Trong khi các phương pháp khác để sản xuất vật liệu có cấu trúc nano đòi hỏi nhiệt độ cao trong toàn khối, áp suất cao và / hoặc thời gian phản ứng dài, phương pháp tổng hợp bằng siêu âm thường cho phép sản xuất vật liệu nano một cách dễ dàng, nhanh chóng và hiệu quả. Cả hiệu ứng hóa siêu âm và hiệu ứng cơ học siêu âm do siêu âm cường độ cao tạo ra đều góp phần tổng hợp hoặc chức năng hóa/biến tính các hạt kích thước nano. Việc ghép năng lượng sóng siêu âm công suất cao vào chất lỏng tạo ra hiện tượng xâm thực âm: sự hình thành, phát triển và sụp đổ dữ dội của các bọt khí, và có thể được phân loại thành hóa siêu âm sơ cấp (các quá trình hóa học pha khí xảy ra bên trong các bọt khí đang sụp đổ), hóa siêu âm thứ cấp (các quá trình hóa học pha dung dịch xảy ra bên ngoài các bọt khí), và các biến đổi cơ học siêu âm / vật lý (do các tia chất lỏng tốc độ cao, sóng xung kích và/hoặc va chạm giữa các hạt trong huyền phù gây ra). (Tham khảo Hinman và Suslick, 2017) Tác động của hiện tượng xâm thực lên các hạt giúp giảm kích thước, tạo cấu trúc nano (phân tán nano, nhũ hóa nano), cũng như chức năng hóa và biến tính hạt.
Đọc thêm về nghiền và phân tán hạt bằng siêu âm!

Đầu dò siêu âm để tổng hợp dược phẩm có cấu trúc nano

Hielscher Ultrasonic có kinh nghiệm lâu năm trong thiết kế, sản xuất, phân phối và cung cấp dịch vụ cho các thiết bị đồng nhất hóa siêu âm hiệu năng cao dùng trong ngành dược phẩm và thực phẩm.
Việc bào chế các hạt dược chất kích thước nano chất lượng cao, liposome, hạt nano lipid rắn, hạt nano polyme, phức hợp cyclodextrin và vắc-xin là những quy trình mà các hệ thống siêu âm Hielscher được sử dụng rộng rãi và được đánh giá cao nhờ độ tin cậy cao cùng chất lượng đầu ra vượt trội. Các thiết bị siêu âm Hielscher cho phép kiểm soát chính xác mọi thông số quy trình, chẳng hạn như biên độ, nhiệt độ, áp suất và năng lượng xử lý siêu âm. Phần mềm thông minh tự động ghi lại tất cả các thông số xử lý siêu âm (thời gian, ngày, biên độ, năng lượng thuần, tổng năng lượng, nhiệt độ, áp suất) trên thẻ SD tích hợp. Điều này tạo thuận lợi đáng kể cho việc kiểm soát quy trình và chất lượng, đồng thời giúp đáp ứng các yêu cầu Thực hành sản xuất tốt (GMP).

Máy trộn siêu âm cho mọi mức năng suất sản xuất

Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao quát đầy đủ các thiết bị xử lý siêu âm, từ thiết bị siêu âm nhỏ gọn trong phòng thí nghiệm, các hệ thống để bàn và quy mô thí điểm đến các thiết bị xử lý siêu âm hoàn toàn ở quy mô công nghiệp, có khả năng xử lý lượng vật liệu tương đương nhiều xe tải mỗi giờ. Danh mục sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp cho bạn máy trộn cắt siêu âm phù hợp nhất với năng suất và mục tiêu của quy trình. Điều này cho phép bạn phát triển và thử nghiệm ứng dụng ở quy mô phòng thí nghiệm nhỏ, sau đó mở rộng quy mô tuyến tính lên năng suất sản xuất. Việc mở rộng từ máy trộn siêu âm nhỏ hơn lên năng suất xử lý cao hơn rất đơn giản vì quy trình trộn siêu âm có thể được mở rộng quy mô hoàn toàn tuyến tính dựa trên các thông số quy trình mà bạn đã thiết lập. Có thể mở rộng quy mô bằng cách lắp đặt một máy trộn siêu âm công suất lớn hơn hoặc kết hợp nhiều thiết bị siêu âm thành một cụm hoạt động song song.
Máy khuấy siêu âm cũng được sử dụng để đồng nhất hóa vô trùng các hệ huyền phù lỏng–lỏng và rắn–lỏng.

Biên độ cao để tạo cấu trúc nano cho các hạt với hiệu suất cao

Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics có thể tạo ra biên độ rất cao. Có thể dễ dàng vận hành liên tục 24/7 ở biên độ lên đến 200µm. Đối với biên độ cao hơn nữa, có các đầu phát siêu âm được tùy chỉnh theo yêu cầu. Các đầu phát siêu âm (đầu khuếch đại, đầu dò) và buồng phản ứng có thể được tiệt trùng bằng nồi hấp. Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong các môi trường khắc nghiệt.

Thử nghiệm dễ dàng, không rủi ro

Các quy trình siêu âm có thể được mở rộng quy mô hoàn toàn tuyến tính. Điều này có nghĩa là mọi kết quả bạn đạt được bằng thiết bị siêu âm trong phòng thí nghiệm hoặc để bàn đều có thể được mở rộng quy mô để đạt chính xác cùng kết quả đầu ra khi sử dụng chính xác cùng các thông số quy trình. Nhờ đó, xử lý siêu âm trở thành phương pháp lý tưởng để phát triển sản phẩm và sau đó triển khai vào sản xuất thương mại.

Chất lượng cao nhất – Được thiết kế và sản xuất tại Đức

Là một doanh nghiệp do gia đình sở hữu và điều hành, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho các thiết bị xử lý siêu âm của mình. Tất cả các thiết bị siêu âm đều được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi ở Teltow gần Berlin, Đức. Độ bền và độ tin cậy của thiết bị siêu âm Hielscher giúp thiết bị trở thành công cụ làm việc bền bỉ trong hoạt động sản xuất của bạn. Khả năng vận hành 24/7 ở mức đầy tải và trong các môi trường khắc nghiệt là đặc tính vốn có của các thiết bị siêu âm hiệu suất cao của Hielscher.

Bạn có thể mua các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher với nhiều kích cỡ khác nhau và được cấu hình chính xác theo yêu cầu quy trình của bạn. Từ xử lý chất lưu trong cốc nhỏ ở phòng thí nghiệm đến phối trộn liên tục huyền phù và dạng nhão trong dòng chảy ở quy mô công nghiệp, Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị đồng nhất hóa hiệu suất cao phù hợp cho bạn! Hãy liên hệ với chúng tôi – chúng tôi rất sẵn lòng đề xuất hệ thống siêu âm lý tưởng cho bạn!

Bảng dưới đây cung cấp thông tin tham khảo về năng suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: