Ultrasound activated herbal bio-heterojunctions for self-catalytic regulation and bacterial cuproptosis-like death in the treatment of implant infection

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作者
Yue Yan,Shuoyuan Li,Qiang Su,Xufeng Wan,Qiaochu Li,Zhuang Zhang,Hong Xu,Fuyuan Zheng,Yangming Zhang,Le Tong,Jian Cao,Long Zhao,X. Chen,Qi Li,Yi Arial Zeng,Haoyang Wang,Yi Deng,Zongke Zhou,Duan Wang
出处
期刊:Signal Transduction and Targeted Therapy [Springer Nature]
卷期号:10 (1): 303-303 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41392-025-02388-4
摘要

Abstract Conventional antibiotic strategies often fail to consistently suppress escaping planktonic bacteria and even induce antibiotic resistance, allowing implant-associated infections (IAIs) to persist. In this study, we demonstrated an antibiotic-free coating engineered with an herbal bioheterojunction featuring a shell-in-shell structure where Cu 2 O forms the core, strontium (Sr) is loaded in the inner shell, and curcumin (Cur) is nucleated in situ at the outer heterointerface (Cu 2 O-Sr/Cur). Ultrasound-triggered reactive oxygen species (ROS) generation by the outer heterostructure (Cu 2 O/Cur), coupled with Cu(I)-induced cuproptosis-like bacterial death, achieved antibacterial rates of 99.56% against S. aureus and 99.43% against E. coli . When ultrasonication ceases, the released Cu(I) undergoes disproportionation reactions to form Cu(II), which can chelate with Cur to form Cu-Cur metal complexes. These complexes exhibit enhanced antioxidative properties through self-catalytic regulation, the scavenging of ROS, and the activation of anti-inflammatory M2 macrophage phenotype. Moreover, strontium release from the inner shell simultaneously suppressed osteoclast activity and promoted osteogenesis, resulting in trabecular number and thickness increases of 129.03% and 56.71%, respectively, compared with those in control group. Therefore, our work establishes a sequential treatment strategy for the antibacterial properties and osteointegration ability of IAIs.
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