Ultrasound‐Activated Probiotics Vesicles Coating for Titanium Implant Infections Through Bacterial Cuproptosis‐Like Death and Immunoregulation

生物膜 声动力疗法 替硝唑 材料科学 微生物学 抗生素 活性氧 化学 细菌 生物 生物化学 遗传学 甲硝唑
作者
Shuoyuan Li,Yue Yan,Wenqi Wang,Mingyue Han,Xufeng Wan,Qiaochu Li,Xiaoting Chen,Jian Cao,Yangming Zhang,Jiyao Li,Jianshu Li,Lei Cheng,Jiaojiao Yang,Duan Wang,Zongke Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (44): e2405953-e2405953 被引量:79
标识
DOI:10.1002/adma.202405953
摘要

Abstract Implant‐associated infections (IAIs) are the main cause of prosthetic implant failure. Bacterial biofilms prevent antibiotic penetration, and the unique metabolic conditions in hypoxic biofilm microenvironment may limit the efficacy of conventional antibiotic treatment. Escaping survival bacteria may not be continually eradicated, resulting in the recurrence of IAIs. Herein, a sonosensitive metal‐organic framework of Cu‐TCPP (tetrakis(4‐carboxyphenyl) porphyrin) nanosheets and tinidazole doped probiotic‐derived membrane vesicles (OMVs) with high‐penetration sonodynamic therapy (SDT), bacterial metabolic state interference, and bacterial cuproptosis‐like death to eradicate IAIs is proposed. The Cu‐TCPP can convert O 2 to toxic 1 O 2 through SDT in the normoxic conditions, enhancing the hypoxic microenvironment and activating the antibacterial activity of tinidazole. The released Cu(II) under ultrasound can be converted to Cu(I) by exogenous poly(tannic acid) (pTA) and endogenous glutathione. The disruption of the bacterial membrane by SDT can enhance the Cu(I) transporter activity. Transcriptomics indicate that the SDT‐enhanced Cu(I) overload and hypoxia‐activated therapy hinder the tricarboxylic acid cycle (TCA), leading to bacterial cuproptosis‐like death. Moreover, the OMVs‐activated therapy can polarize macrophages to a M2‐like phenotype and facilitate bone repair. The sonodynamic biofilm microenvironment modulation strategy, whereby the hypoxia‐enhanced microenvironment is potentiated to synergize SDT with OMVs‐activated therapy, provides an effective strategy for antibacterial and osteogenesis performance.
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