Fabrication of a pH-responsive core–shell nanosystem with a low-temperature photothermal therapy effect for treating bacterial biofilm infection

光热治疗 生物膜 芯(光纤) 制作 化学 微生物学 壳体(结构) 材料科学 生物物理学 纳米技术 化学工程 细菌 生物 医学 病理 复合材料 替代医学 工程类 遗传学
作者
Dan Peng,Genhua Liu,Ye He,Pengfei Gao,Shuangquan Gou,Jing Wu,Jinxiu Yu,Peng Liu,Kaiyong Cai
出处
期刊:Biomaterials Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:9 (22): 7483-7491 被引量:39
标识
DOI:10.1039/d1bm01329g
摘要

Recently, photothermal therapy (PTT) has been recognized as a viable alternative strategy against bacterial biofilm infection. However, the hyperthermia required for PTT to ablate a biofilm usually induces damage in normal tissues/organs nearby. Herein, we developed zeolite-based imidazole framework (ZIF-8)-coated mesoporous polydopamine (MPDA) core-shell nanoparticles and then loaded Pifithrin-μ (PES), a natural inhibitor of heat-shock protein (HSP) that plays an essential role in bacteria resisting heating-induced damage. The ZIF-8 shell of the MPDA@ZIF-8/PES nanoplatform enabled a rapid degradation in response to the acidic environment in bacterial biofilm infection, which triggered the controlled release of PES and Zn ions. As a result, HSP was remarkably suppressed for enhancing PTT efficacy upon mild near-infrared light irradiation. In addition, the release of Zn2+ also had an antibacterial/antibiofilm effect. Thus, the fabricated nanosystem was able to induce the effective elimination of the bacterial biofilm, realizing low-temperature PTT (∼45 °C) with excellent antibacterial efficacy. This work presented here not only provides a facile approach to fabricate the MPDA@ZIF-8/PES nanosystem with the responsiveness of the bacterial infection environment, but also proposes a promising low-temperature PTT strategy to treat bacterial biofilm-infection effectively.
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