Acid-Responsive Bimetallic Peroxide Composite Nanoplatform for Synergistic Therapy of Drug-Resistant Bacterial Infections via Inducing Oxidative Stress and Disrupting Bacterial Energy Metabolism

抗菌剂 过氧化物 谷胱甘肽 氧化应激 细菌 金黄色葡萄球菌 一氧化氮 双金属片 化学 抗生素 细胞内 氧化磷酸化 微生物学 伤口愈合 过氧化氢 抗生素耐药性 组合化学 介孔二氧化硅 激进的 细菌生长 新陈代谢 流出 生物化学 药理学 铁质 材料科学 抗菌剂 微生物代谢 多重耐药 生物物理学 抗氧化剂 生物膜 还原剂
作者
Li Wang,Fan Yang,Jie Gong,Weiwei Chen,Yawen Zheng,Xi Chen,Weiqing Hu,Yi Li,Ke Yang,Zefeng Wang,Dinggeng He,Luo Hai
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (44): 60361-60375 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.5c17878
摘要

Bacterial infections, particularly those caused by multidrug-resistant (MDR) bacteria, pose a serious global health threat. The limited efficacy of traditional antibiotic drugs against MDR strains and the slow development of antibiotics necessitate the exploration of alternative therapeutic strategies. Acid-degradable metallic peroxide has emerged as a promising solution, exhibiting broad-spectrum antimicrobial activity with a reduced risk of resistance development. In this study, we have constructed an acid-responsive bimetallic peroxide nanocomposite (ZCS@M@HA) for the treatment of wound infections involving methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). In our design, the copper-doped zinc peroxide (ZC) nanoparticles are prepared and coated with mesoporous silica to obtain core–shell structured ZC@M, which is subsequently loaded with S -nitroso- N -acetylpenicillamine (SNAP) acting as a nitric oxide (NO) donor and capped with sodium hyaluronate (HA) to prevent premature SNAP release. In the acidic microenvironment of infectious sites, ZCS@M@HA releases Zn 2+, Cu 2+, and H 2 O 2, and the former disrupts bacterial energy metabolism by impairing the electron transport chain. Meanwhile, self-supplied H 2 O 2 and Cu 2+ perform a Fenton-like reaction to generate highly toxic hydroxyl radicals (•OH) for damaging bacterial membranes. Moreover, Cu 2+ depletes intracellular glutathione (GSH) to augment the oxidative stress. Furthermore, NO released from SNAP triggered by Cu 2+ and GSH accelerates wound healing by promoting collagen deposition, tissue regeneration, and vascularization. In vivo assays demonstrate the high MRSA inhibition efficacy of ZCS@M@HA with optimal wound healing. The proposed acid-responsive ZCS@M@HA with multi-bactericidal modalities offers an effective approach to fight MDR bacteria and presents a promising strategy for treating wound infections.
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