Carbon dots derived from folic acid as an ultra-succinct smart antimicrobial nanosystem for selective killing of S. aureus and biofilm eradication

抗菌剂 生物膜 化学 细菌 微生物学 抗菌活性 体内 细胞内寄生虫 细胞内 金黄色葡萄球菌 体外 生物化学 生物 生物技术 遗传学
作者
Meizhe Yu,Xiuzhi Guo,Haojie Lü,Peili Li,Ruobing Huang,Chunning Xu,Xuedong Gong,Yuhong Xiao,Xiaodong Xing
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:199: 395-406 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2022.07.065
摘要

Developing efficient and safe approach to counteract the bacterial infections has become an urgent clinical challenge. In this work, we report folic acid derived carbon dots (FA-CDs) prepared by a one-step pyrolysis method. The FA-CDs can respond to the environmental stimuli of bacterial infections and acquire antimicrobial capacity "on demand" as a simple and effective antimicrobial nanosystem. The assays on antibacterial properties and mechanism show that FA-CDs are able to induce the gradual increase of intracellular reactive oxygen species (ROS) levels in bacteria under the simulated acidic environment and display pH-responsive biocidal activity. In a neutral condition, FA-CDs have no antibacterial activity, which will be conducive to mitigating the rise of bacterial drug resistance. The responsive antibacterial behavior can be attributed to that FA-CDs exhibit distinctive oxidase-like and peroxidase-like activity under acidic stimuli and inhibit the superoxide dismutase activity in bacteria cells, causing the accumulation of intracellular ROS. Meanwhile, FA-CDs can selectively kill Gram-positive bacterium S. aureus and remove mature biofilms. Besides, the in vitro and in vivo experiments demonstrate that FA-CDs possess excellent biocompatibility, and show remarkable therapeutic effect on the S. aureus-infected back wound models of mouse, which are crucial for clinical applications. Thus, this study highlights the potential application of FA-CDs as an ultra-succinct smart antimicrobial nanosystem for coping with infections caused by S. aureus in the clinical setting, and will bring about a new perspective on developing antimicrobial CDs.
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