A Hemoglobin Bionics‐Based System for Combating Antibiotic Resistance in Chronic Diabetic Wounds via Iron Homeostasis Regulation

铁稳态 仿生学 血红蛋白 材料科学 微生物学 平衡 抗生素 抗生素耐药性 生物 医学 内科学 新陈代谢 计算机科学 人工智能
作者
Yihan Sun,Manxuan Liu,Weihong Sun,Xiaoduo Tang,Yanmin Zhou,Junhu Zhang,Bai Yang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (30): e2405002-e2405002 被引量:37
标识
DOI:10.1002/adma.202405002
摘要

Owing to the increased tissue iron accumulation in patients with diabetes, microorganisms may activate high expression of iron-involved metabolic pathways, leading to the exacerbation of bacterial infections and disruption of systemic glucose metabolism. Therefore, an on-demand transdermal dosing approach that utilizes iron homeostasis regulation to combat antimicrobial resistance is a promising strategy to address the challenges associated with low administration bioavailability and high antibiotic resistance in treating infected diabetic wounds. Here, it is aimed to propose an effective therapy based on hemoglobin bionics to induce disturbances in bacterial iron homeostasis. The preferred "iron cargo" is synthesized by protoporphyrin IX chelated with dopamine and gallium (PDGa), and is delivered via a glucose/pH-responsive microneedle bandage (PDGa@GMB). The PDGa@GMB downregulates the expression levels of the iron uptake regulator (Fur) and the peroxide response regulator (perR) in Staphylococcus aureus, leading to iron nutrient starvation and oxidative stress, ultimately suppressing iron-dependent bacterial activities. Consequently, PDGa@GMB demonstrates insusceptibility to genetic resistance while maintaining sustainable antimicrobial effects (>90%) against resistant strains of both S. aureus and E. coli, and accelerates tissue recovery (<20 d). Overall, PDGa@GMB not only counteracts antibiotic resistance but also holds tremendous potential in mediating microbial-host crosstalk, synergistically attenuating pathogen virulence and pathogenicity.
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