AI‐Guided Design of Antimicrobial Peptide Hydrogels for Precise Treatment of Drug‐resistant Bacterial Infections

自愈水凝胶 生物材料 材料科学 抗菌肽 抗菌剂 金黄色葡萄球菌 纳米技术 生物相容性材料 生物医学工程 细菌 微生物学 生物 医学 高分子化学 遗传学
作者
Zhihui Jiang,Jianwen Feng,Fan Wang,Jike Wang,Ningtao Wang,Meng Zhang,Chang‐Yu Hsieh,Tingjun Hou,Wenguo Cui,Limin Ma
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202500043
摘要

Abstract Traditional biomaterial development lacks systematicity and predictability, posing significant challenges in addressing the intricate engineering issues related to infections with drug‐resistant bacteria. The unprecedented ability of artificial intelligence (AI) to manage complex systems offers a novel paradigm for materials development. However, no AI model currently guides the development of antibacterial biomaterials based on an in‐depth understanding of the interplay between biomaterials and bacteria. In this study, an AI‐guided design platform (AMP‐hydrogel‐Designer) is developed to generate antibacterial biomaterials. This platform utilizes generative design and multi‐objective constrained optimization to generate a novel thiol‐containing high‐efficiency antimicrobial peptide (AMP), that is functionally coupled with hydrogel to form a complex network structure. Additionally, Cu‐modified barium titanate (Cu‐BTO) is incorporated to facilitate further complex cross–linking via Cu 2+ /SH coordination to produce an AI‐AMP‐hydrogel. In vitro, the AI‐AMP‐hydrogel exhibits > 99.99% bactericidal efficacy against Methicillin‐resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and Escherichia coli ( E. coli) . Furthermore, Cu‐BTO converts mechanical stimulation into electrical signals, thereby promoting the expression of growth factors and angiogenesis. In a rat model with dynamic wounds, the AI‐AMP hydrogel significantly reduces the MRSA load and markedly accelerates wound healing. Therefore, the AI‐guided biomaterial development strategy offers an innovative solution to precisely treat drug‐resistant bacterial infections.
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