نانوساختار سازی آنتی بیوتیک ها به کمک التراسونیک هموژنایزر

• تولید آنتی‌بیوتیک‌ها با کمک اولتراسونیک می‌تواند کارایی آن‌ها را حتی در برابر باکتری‌های مقاوم به دارو افزایش دهد.

•  افزایش تعداد سویه‌های باکتری مقاوم به آنتی‌بیوتیک همچنان یک مسئله حل‌نشده است که باعث تهدید بهداشت عمومی به دلیل عفونت‌های باکتریایی می‌شود که در دهه‌های گذشته با موفقیت با آنتی‌بیوتیک درمان می‌شدند.

• نانوساختاردهی آنتی‌بیوتیک‌ها با استفاده از اولتراسونیک یک تکنیک امیدوار‌کننده به منظور افزایش کارایی آنتی‌بیوتیک‌ها مانند تتراسایکلین در برابر باکتری‌های مقاوم به داروها است.

آنتی بیوتیک ها و باکتری های مقاوم به آنتی بیوتیک

مقاومت به آنتی‌بیوتیک زمانی اتفاق می‌افتد که میکروب‌ها مانند باکتری‌ها و قارچ‌ها توانایی شکست دادن داروهای طراحی شده برای کشتن آن‌ها را  پیدا می‌کنند. که به این معناست که میکروب‌ها کشته نمی‌شوند و به رشد خود ادامه می‌دهند. عفونت‌هایی که توسط میکروب‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک ایجاد می‌شوند، دشوار و گاهی نیز غیرممکن به درمان هستند. مقاومت باکتری‌ها به آنتی‌بیوتیک به استفاده بیش از حد و یا ناصحیح از داروهای آنتی‌بیوتیک بازمی‌گردد. اساساً استفاده بیش از حد و ناصحیح به تجویز نادرست و استفاده گسترده در کشاورزی باز می‌گردد.

برای انواع معمول انتی‌بیوتیک‌ها مانند پنیسیلین، تتراسایکلین، متیسیلین، اریترومایسین، ژنتامایسین، وانکومایسین، ایمیپنم، سفتازیدیم، لووفلوکساسین، لاینزولید، داپتومایسین، و سفترارولین، برخی از سویه‌های باکتری به‌صورت موتاسیون کرده و مقاومت ضد انتی‌بیوتیک را توسعه داده‌اند.

علت اصلی توسعه باکتری‌های مقاوم به انتی‌بیوتیک در مصرف بیش ‌از اندازه و بی‌تدبیرانه داروهای انتی‌بیوتیک است. هر بار که بیمار انتی‌بیوتیک مصرف می‌کند، باکتری‌های حساس به دارو کشته می‌شوند. اما اگر باکتری‌های مقاوم وجود داشته باشند که توسط درمان دارویی کشته نشوند، رشد و تکثیر پیدا می‌کنند. این‌گونه استفاده تکراری و نادرست از انتی‌بیوتیک‌ها باعث افزایش باکتری‌های مقاوم به دارو می‌شود.

میکروب‌های مقاوم به چند دارو (MDR) یک تهدید جدی به سلامتی هستند چرا که به درمان‌های معمولی آنتی‌بیوتیک که قرار است باکتری‌ها را بکشد، پاسخ نمی‌دهند. در میان میکروب‌های گرم مثبت، یک ویروس جهانی از ایزوله‌های مقاوم به S. aureus (به عنوان مثال، استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متیسیلین؛ MRSA) و گونه‌های انتروکوک در حال حاضر بزرگترین تهدید را ایجاد کرده‌اند. میکروب‌های گرم منفی مانند Enterobacteriaceae (به عنوان مثال، کلبسیلا پنومونیه)، پسودوموناس آئروژینوزا و آسینتوباکتر نیز در حال افزایش مقاومت به تقریباً تمام گزینه‌های آنتی‌بیوتیک موجود می‌باشند.

تولید آنتی بیوتیک های نانومقیاس با التراسونیک هموژنایزر

داروهای نانومقیاس اغلب به دلیل نرخ جذب بیشتر، بیشترین قابلیت جذب و کارایی را نسبت به  نمونه های میکرونی شناخته شده ارائه می‌دهند. آنتی‌بیوتیک‌ها به طور گسترده برای درمان عفونت‌های باکتریایی استفاده می‌شوند. با این حال، توسعه سریع ترکیبات باکتری‌های مقاوم به داروها باعث می‌شود که توسعه داروهای آنتی‌بیوتیک جدید یا تغییر دادن آنها ضروری شود. کاهش اندازه ذرات آنتی‌بیوتیک‌ها مانند تتراسایکلین از طریق سونیکیشن یک راهکار آسان، سریع و امیدوار کننده برای بهبود کارایی آنتی‌بیوتیک‌ها در برابر باکتری‌های مقاوم و غیر مقاوم است.

کاسیروف و همکاران (2018) تتراسایکلین را با استفاده از امواج فراصوتی فرآوری کردند تا کارایی دارو را در مقابل میکروب‌ها افزایش دهند. در مطالعه خود، از باکتری Escherichia coli Nova Blue TcR دارای مقاومت در برابر تتراسایکلین و E. coli 292–116 (بدون مقاومت دارویی) استفاده کردند. تتراسایکلین، یک آنتی‌بیوتیک طیف‌گسترده‌ معمولی، با استفاده از اولتراسونیک هموژنایزر صنعتی تغییر یافت. تیم تحقیقاتی متوجه شد که درمان سونوشیمیایی باعث افزایش تا 25٪ کارایی خواص ضد باکتریایی در برابر سویه مقاوم و تا 100٪ در برابر سویه حساس می‌شود. حتی ذخیره‌سازی طولانی مدت تتراسایکلین نانوساختاری در دمای +4 درجه سانتی‌گراد خصوصیت‌های ضدمیکروبی را کاهش نمی‌دهد.

پارامترهای پردازش اولتراسونیک مانند دامنه، ورود انرژی و زمان سونیکیشن به عنوان عوامل حیاتی تعیین شدند که بر تغییر در ویژگی‌های ضدمیکروبی در برابر سلول‌های حساس و مقاوم تأثیر می‌گذارند.

نتایج فرآوری اولتراسونیک منجر به توزیع یکنواخت‌تر اندازه ذرات دارویی نانوسایز می‌شود که ممکن است منجر به افزایش قابلیت جذب بیولوژیکی، دسترسی بیولوژیکی و بنابراین اثربخشی مولکول‌های تتراسایکلین شود.

داده های به دست آمده نشان می دهد که اصلاح سونوشیمیایی آنتی‌بیوتیک‌ها می تواند یک رویکرد جدید و ارزان برای توسعه داروهای جدید موثر برای درمان آنتی‌بیوتیکی در برابر سویه های مقاوم به دارو باشد.

    سونیکیشن تتراسایکلین

A - طیف‌سنجی FTIR تتراسایکلین "آزاد"؛ B - طیف‌سنجی FTIR تتراسایکلین SN پس از 5 دقیقه اعمال الترسونیک؛ C - نمودار توزیع اندازه تتراسایکلین "آزاد"؛ D - نمودار توزیع اندازه تتراسایکلین SN پس از 5 دقیقه اعمال التراسونیک. مطالعه و شکل توسط کاسیروف و همکاران در سال 2018.

مزایای داروی نانوساختارشده با التراسونیک هموژنایزر

التراسونیک امکانات بسیار زیادی برای سنتز مواد نانوساختار فراهم می کند و در بسیاری از صنایع استفاده می‌شود. تولید داروهایی نانوسایز مانند آنتی بیوتیک ها، ضد ویروس ها و سایر داروها با استفاده از اولتراسونیک بسیار امیدبخش است زیرا این داروهای نانوسایز اغلب نرخ جذب، قابلیت جذب و اثربخشی بسیار بالاتری دارند. بنابراین بسیاری از فرمولاسیون های دارویی پیشرفته شامل اولتراسونیک برای نانوساختاردهی مولکول های دارو، کپسوله کردن داروها در نانوامولسیون ها، نانو لیپوزوم ها، نیوزوم ها، نانوذرات جامد-لیپید (SLNs)، حامل های لیپیدی نانوساختار (NLCs) و سایر ترکیبات درونی نانوسایز می شود.

فرمولاسیون داروهای نانو مقیاس با التراسونیک هموژنایزر

• تولید نانوامولسیون‌ با التراسونیک

• تولید لیپوزوم با التراسونیک

• تولید نیوزوم با التراسونیک

• تولید نانوذرات جامد- لیپید با التراسونیک

• تولید حامل‌های لیپید نانوساختار با التراسونیک

• تولید ترکیبات درونی با التراسونیک

• افزودن و کاربردی سازی نانو ذرات با التراسونیک

• فرمولاسیون واکسن با التراسونیک

• فرمولاسیون واکسن‌های درون بینی با التراسونیک

فرآوری اولتراسونیک نانومواد با خواص ضد باکتریایی همچنین برای سنتز مواد نانوساختار (مانند نانونقره، نانواکسید روی) و استفاده از آن‌ها بر روی پارچه‌ها به منظور تولید پارچه‌های پزشکی ضد باکتری و دیگر پارچه‌های کاربردی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، یک فرآیند اولتراسونیک یک مرحله‌ای برای تولید پوشش‌های مقاوم از پارچه‌های پنبه با نانوذرات ضد باکتری اکسید روی استفاده می‌شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با کاربرد التراسونیک هموژنایزر در نانوذرات دارویی کلیک کنید.

مزایای سنتز داروهای نانومقیاس با التراسونیک هموژنایزر

• کارآیی بالا در کاهش اندازه ذرات

• کنترل دقیق بر روی پارامترهای فرآیند

• فرآوری سریع

• غیر حرارتی، کنترل دقیق دما

• مقیاس پذیری خطی

• تکرارپذیری

• استاندارد سازی فرآیند/ GMP

• پروب و راکتور قابل اتوکلاو

• CIP/SIP

• کنترل دقیق بر روی سایز ذرات و کپسوله سازی

• نرخ اعمال بالای دارو در بستر فعال

التراسونیک در سنتز مواد نانوساختار چگونه کار می‌کند؟

التراسونیک و سونوشیمی، که به کارگیری اولتراسوند با توان بالا در سیستم‌های شیمیایی است، به طور گسترده برای تولید مواد نانویی با کیفیت بالا (مانند نانوذرات، نانوامولسیون‌ها) استفاده می‌شود. سونیکیشن و سونوشیمی امکان تولید مواد نانویی با عملکرد بالا را فراهم می‌کنند یا تسهیل می‌کنند. یکی از مزایای سنتز اولتراسونیک نانوذرات، سادگی و کارایی آن است. در حالی که روش‌های تولید جایگزین مواد نانوساختار نیازمند دماها و فشارهای بالا و/یا زمان‌های واکنش طولانی هستند، سنتز اولتراسونیک اغلب امکان تولید آسان، سریع و کارآمد مواد نانویی را فراهم می‌کند. اثرات سونوشیمیایی و سونومکانیکی تولید شده توسط اولتراسوند با توان بالا عامل سنتز یا تغییر/اصلاح ذات نانوذرات هستند. اعمال موج‌های اولتراسوند با توان بالا به مایعات منجر به کویتاسیون می‌شود: تشکیل، رشد و فروپاشی ناگهانی حباب‌ها و می‌توان آن را به عنوان سونوشیمی اولیه (شیمی فاز گازی که در داخل حباب‌های فروپاشنده رخ می‌دهد)، سونوشیمی ثانویه (شیمی فاز محلول که در خارج از حباب‌ها رخ می‌دهد) و تغییرات/اصلاحات سونومکانیکی/فیزیکی (ناشی از جت‌های مایع با سرعت بالا، امواج شوک، و/یا برخوردهای بین‌ذره‌ای در مخلوط‌ها) دسته‌بندی کرد. تأثیر تخلیه بر ذرات منجر به کاهش اندازه، نانوسازی (نانودیسپرس، نانوامولسیون)، و همچنین به کارآیی‌سازی و اصلاح ذرات می‌شود. (مقایسه با Hinman و Suslick، 2017)

تست آسان و بی خطر

فرآیندهای فراصوتی می‌توانند به طور کامل به صورت خطی مقیاس‌پذیر باشند. این بدان معناست که هر نتیجه‌ای که با استفاده از یک التراسونیک هموژنایزر آزمایشگاهی یا کارگاهی به دست آورده‌اید، می‌تواند با استفاده از همان پارامترهای فرآیند دقیقاً به همان خروجی با مقیاس دقیق ضرب شود. این ویژگی باعث می‌شود که فرآیند فراصوتی مناسب برای توسعه محصول و پیاده‌سازی بعدی در تولید تجاری باشد.