Microenvironment Magnesium Overload Disrupts Bacterial Membrane Functions for the Central Nervous System Infection Treatment

化学 中枢神经系统 脑脊液 抗菌剂 细菌 微生物学 细菌性脑膜炎 耐火材料(行星科学) 细菌生长 抗生素 细胞生物学 神经系统 药理学 免疫学
作者
Yuehua Chen,Yuanqing Ding,Wencheng Wu,Y . J . You,Z Chen,Ya‐Xuan Zhu,R C Zhao,Zhimin Zhang,Zezhen Zhang,Yiming Tao,Rong Xie,Han Lin,Jianlin Shi
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c20581
摘要

Bacterial infections of the central nervous system (CNS) remain life-threatening disorders with high mortality, largely due to limited drug permeability across the blood–brain barrier and dose-dependent toxicities of conventional antimicrobials. Here, we report a two-dimensional magnesene nanosheet generated by low-temperature ultrasound exfoliation of magnesium crystals via selective activation of dislocations and slip systems. The resulting material releases abundant Mg2+ ions at the bacterial interface, inducing localized magnesium overload and mechanical disruption of membrane integrity. This dual physicochemical stress impairs membrane-associated transport in Staphylococcus aureus and Escherichia coli, ultimately triggering rapid bactericidal effects. Magnesene exhibits potent and broad-spectrum antimicrobial activity in vitro, and analysis of clinical cerebrospinal fluid samples from CNS-infected patients further confirms its translational potential in reducing microbial burden. In rat CNS infection models, magnesene markedly suppresses bacterial proliferation and attenuates neuroinflammation. As a novel inorganic nanomedicine, magnesene offers a promising strategy for combating refractory CNS infections and may broaden therapeutic options against diverse microbial pathogens.
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