Magnetically-targetable outer-membrane vesicles for sonodynamic eradication of antibiotic-tolerant bacteria in bacterial meningitis

细菌外膜 微生物学 大肠杆菌 细菌 纳米载体 血脑屏障 声动力疗法 材料科学 生物 药物输送 细胞凋亡 生物化学 纳米技术 基因 中枢神经系统 神经科学 遗传学
作者
Rui Shi,Rui Lv,Ziliang Dong,Qinghua Cao,Renfei Wu,Sidi Liu,Yijin Ren,Zhuang Liu,Henny C. van der Mei,Jian Liu,Henk J. Busscher
出处
期刊:Biomaterials [Elsevier BV]
卷期号:302: 122320-122320 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.biomaterials.2023.122320
摘要

Treatment of acute bacterial meningitis is difficult due to the impermeability of the blood-brain barrier, greatly limiting the antibiotic concentrations that can be achieved in the brain. Escherichia coli grown in presence of iron-oxide magnetic nanoparticles secrete large amounts of magnetic outer-membrane vesicles (OMVs) in order to remove excess Fe from their cytoplasm. OMVs are fully biomimetic nanocarriers, but can be inflammatory. Here, non-inflammatory magnetic OMVs were prepared from an E. coli strain in which the synthesis of inflammatory lipid A acyltransferase was inhibited using CRISPR/Cas9 mediated gene knockout. OMVs were loaded with ceftriaxone (CRO) and meso-tetra-(4-carboxyphenyl)porphine (TCPP) and magnetically driven across the blood-brain barrier for sonodynamic treatment of bacterial meningitis. ROS-generation upon ultrasound application of CRO- and TCPP-loaded OMVs yielded similar ROS-generation as by TCPP in solution. In vitro, ROS-generation by CRO- and TCPP-loaded OMVs upon ultrasound application operated synergistically with CRO to kill a hard-to-kill, CRO-tolerant E. coli strain. In a mouse model of CRO-tolerant E. coli meningitis, CRO- and TCPP-loaded OMVs improved survival rates and clinical behavioral scores of infected mice after magnetic targeting and ultrasound application. Recurrence did not occur for at least two weeks after arresting treatment.
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