Nanotopography Influences Host–Pathogen Quorum Sensing and Facilitates Selection of Bioactive Metabolites in Mesenchymal Stromal Cells and Pseudomonas aeruginosa Co-Cultures

生物膜 群体感应 纳米地形 铜绿假单胞菌 间充质干细胞 微生物学 病菌 材料科学 毒力 细胞外基质 细胞生物学 化学 纳米技术 生物 细菌 生物化学 遗传学 基因
作者
Rosalia Cuahtecontzi Delint,Mohd I. Ishak,Penelope M. Tsimbouri,Vineetha Jayawarna,Karl Burgess,Gordon Ramage,Angela H. Nobbs,Laila A. Damiati,Manuel Salmerón‐Sánchez,Bo Su,Matthew J. Dalby
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (33): 43374-43386 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.4c09291
摘要

Orthopedic implant-related bacterial infections and resultant antibiotic-resistant biofilms hinder implant–tissue integration and failure. Biofilm quorum sensing (QS) communication determines the pathogen colonization success. However, it remains unclear how implant modifications and host cells are influenced by, or influence, QS. High aspect ratio nanotopographies have shown to reduce biofilm formation of Pseudomonas aeruginosa, a sepsis causing pathogen with well-defined QS molecules. Producing such nanotopographies in relevant orthopedic materials (i.e., titanium) allows for probing QS using mass spectrometry-based metabolomics. However, nanotopographies can reduce host cell adhesion and regeneration. Therefore, we developed a polymer (poly(ethyl acrylate), PEA) coating that organizes extracellular matrix proteins, promoting bioactivity to host cells such as human mesenchymal stromal cells (hMSCs), maintaining biofilm reduction. This allowed us to investigate how hMSCs, after winning the race for the surface against pathogenic cells, interact with the biofilm. Our approach revealed that nanotopographies reduced major virulence pathways, such as LasR. The enhanced hMSCs support provided by the coated nanotopographies was shown to suppress virulence pathways and biofilm formation. Finally, we selected bioactive metabolites and demonstrated that these could be used as adjuncts to the nanostructured surfaces to reduce biofilm formation and enhance hMSC activity. These surfaces make excellent models to study hMSC–pathogen interactions and could be envisaged for use in novel orthopedic implants.
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