Dendritic Cell-Inspired Triple-Functional Biocatalysts with Atomic Iron Sites To Eradicate Drug-Resistant Bacteria and Biofilms

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作者
Haoju Huang,Yang Gao,Xizheng Wu,Zhiying Ding,Junqiao Zhao,Qinlong Wen,Lan Xie,Tian Ma,Mao Wang,Chong Cheng,Weifeng Zhao,Changsheng Zhao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (41): 36784-36797
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c13477
摘要

The global crisis of antimicrobial resistance demands solutions that transcend conventional antibiotic paradigms. Here, we present an atomically engineered VS4-based nanomaterial (TFB-Fe@VS4) featuring dendritic architectures with single-iron catalytic sites, designed as a multimodal reactive oxygen species (ROS) generator against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and its recalcitrant biofilms. This biocatalytic system leverages three synergistic mechanisms: nanodendrite-mediated bacterial capture, microenvironment-responsive ROS generation, and ultrasound-amplified oxidative burst, which collectively address the key challenges in eradicating drug-resistant infections. Structural and spectroscopic analyses reveal that atomic iron sites serve dual functions as peroxidase-mimetic catalytic sites and electronic structure modulators, significantly enhancing ultrasound-triggered ROS production through band engineering. The TFB-Fe@VS4 achieves complete MRSA biofilm eradication and rapid wound sterilization in rabbit models with therapeutic outcomes similar to vancomycin yet without detectable inflammation or systemic toxicity. These findings present a design example for artificial biocatalysts that combines precise atomic engineering with multimodal antimicrobial action. The ability to simultaneously target bacterial adhesion, microenvironment adaptation, and on-demand ROS amplification presents transformative potential for treating resistant infections across diverse clinical scenarios, particularly where conventional therapies fail.
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