Protection of DNase in the shell of a pH-responsive, antibiotic-loaded micelle for biofilm targeting, dispersal and eradication

生物膜 胶束 乙二醇 微生物学 化学 抗生素 PEG比率 环丙沙星 生物物理学 生物 细菌 生物化学 水溶液 有机化学 遗传学 财务 经济
作者
Shuang Tian,Linzhu Su,Yingli An,Henny C. van der Mei,Yijin Ren,Henk J. Busscher,Linqi Shi
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:452: 139619-139619 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.139619
摘要

DNase can break down the extracellular matrix that keeps infectious bacterial biofilm together through cleavage of eDNA. Herewith, biofilm bacteria can become dispersed to assist antibiotic eradication but this has hitherto remained an in vitro possibility. In vivo DNase is rapidly broken down in blood, impeding blood-injection of DNase combined with antibiotics to cure bacterial infections. Herein, we report the synthesis of pH-responsive, self-targeting micelles self-assembled from a solution of poly(ethylene glycol)-block-poly(ε-caprolactone) (PEG-b-PCL) and poly(ε-caprolactone)-block-poly(amino ester) (PCL-b-PAE) with DNase conjugated to PAE-blocks. At physiological pH, this conjugation protected DNase inside the micellar shell, while PEG prevented adsorption of blood-borne proteins to the micelles. PAE became positively-charged below pH 6.4 facilitating self-targeting to an infectious biofilm. Simultaneously, PAE became hydrophilic and stretched to expose DNase upon accumulation in an infectious S. aureus biofilm where it degraded the biofilm matrix. PEG/PAE-DNase micelles internally core-loaded with ciprofloxacin significantly better eradicated murine pneumonia after blood-injection than ciprofloxacin-loaded PEG/PAE micelles without conjugated DNase or ciprofloxacin free in solution. Considering that DNase is clinically approved for use in cystic fibrosis patients, this paves the way for clinical translation of ciprofloxacin-loaded, PEG/PAE-DNase micelles for the treatment of pneumonia and other infections that can be reached through self-targeting after blood-injection.

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