Magnetic silk fibroin nanospheres loaded with amphiphilic polypeptides and antibiotics for biofilm eradication

丝素 两亲性 生物膜 化学 抗生素 丝绸 抗菌剂 磁性纳米粒子 微生物学 纳米技术 材料科学 细菌 生物化学 纳米颗粒 有机化学 聚合物 生物 共聚物 复合材料 遗传学
作者
Yufang Bi,Xuyang Chen,Feiyu Luo,Xiehe Wang,Xin Chen,Jinrong Yao,Zhengzhong Shao
出处
期刊:Biomaterials Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (20): 5337-5348 被引量:1
标识
DOI:10.1039/d4bm01065e
摘要

The eradication of established biofilms is a highly challenging task, due to the protective barrier effect of extracellular polymeric substances (EPS) and the presence of persister cells. Both increased drug permeability and elimination of persister cells are essential for the eradication of biofilms. Here, magnetic silk fibroin nanospheres loaded with antibiotics and host defense peptide (HDP) mimics (MPSN/S@P) were developed to demonstrate a new strategy for biofilm eradication. As an HDP mimic, an amphiphilic polypeptide containing 90% L-lysine and 10% L-valine (Lys90Val10) was selected for loading onto magnetic silk fibroin nanospheres via electrostatic interactions. Lys90Val10 exhibited excellent antibacterial activities against both planktonic and persister cells of Staphylococcus aureus (S. aureus). As a representative of the hydrophobic drug, spiramycin (SPM) was conveniently embedded into the β-sheet domain during the self-assembly process of silk fibroin. The sustained release of SPM during biofilm eradication enhanced the antibacterial efficacy of MPSN/S@P. The antibacterial test demonstrated that the extract from the MPSN/S@P suspension can kill both planktonic and persister cells of S. aureus, as well as inhibiting biofilm formation. Importantly, with the assistance of magnetic guidance and photothermal effects derived from Fe3O4 nanoparticles (Fe3O4 NPs), over 92% of bacteria in the biofilm were killed by MPSN/S@P, indicating the successful eradication of mature biofilms. The simple preparation method, integration of photothermal and magnetic responsiveness, and persister cell killing functions of MPSN/S@P provide an accessible strategy and illustrative paradigm for efficient biofilm eradication.
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