Photocatalytic Activation Strategy for Sequential Prodrug Release to Overcome Resistant Biofilms

生物膜 化学 前药 抗生素 抗菌剂 细菌 下调和上调 限制 铜绿假单胞菌 渗透(战争) 群体感应 微生物学 一氧化氮 同步 抗菌剂 药物输送 组合化学
作者
Zhiqiang Shen,Siyuan Luo,Haochuan Ding,Yu Jin,Zuotao Zhou,Qiujun Ruan,Guihai Gan,ShiYong LIU,Jinming Hu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (11): 11667-11682
标识
DOI:10.1021/jacs.5c19856
摘要

Drug-resistant biofilms present a formidable therapeutic challenge by limiting the antibiotic penetration and enhancing bacterial tolerance. A rational approach is to first disperse the biofilm to sensitize the embedded bacteria, followed by efficient antibiotic-mediated eradication. Such precisely ordered sequential release is essential to synchronizing biofilm dispersion with bacterial killing, thereby maximizing therapeutic efficacy while minimizing infection spread. However, achieving temporally resolved, time-gated release of distinct therapeutic agents remains highly challenging, particularly within a single-component system. Here, we report a nanoconfined photocatalytic platform that enables the sequential release of nitric oxide (NO) and levofloxacin (LEV) from a single-component prodrug. This strategy ensures an initial NO-mediated downregulation of antibiotic-resistant gene expression and enhanced bacterial susceptibility, followed by LEV-mediated bacterial eradication. The synchronized therapeutic sequence achieved potent antibiofilm efficacy in diabetic mice infected with LEV-resistant Pseudomonas aeruginosa, resulting in biofilm eradication, accelerated wound closure, and attenuated inflammation. Beyond antibacterial therapy, this one-component sequential release paradigm establishes a generalizable strategy for temporally programmed delivery of chemotherapeutic, anti-inflammatory, or anesthetic agents, underscoring both its conceptual novelty and broad translational potential.
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