Biomimetic Metal–Organic Framework Combats Biofilm‐Associated Infections via Hyperthermia‐Enhanced Bacterial Metabolic Interference and Autophagy‐Promoted Adaptive Immunity

生物膜 自噬 免疫系统 光热治疗 微生物学 吞噬作用 生物 材料科学 细菌 细胞生物学 化学 纳米技术 生物化学 免疫学 细胞凋亡 遗传学
作者
Xianli Hu,Ruixiang Ma,Peng Zhang,Jiale Dong,Jiaxuan Sun,Wenzhi Wang,Quan Liu,Lingtong Kong,Xu Dong Zhang,Zhengxi Wang,Jiawei Mei,Xifu Shang,Wanbo Zhu,Zheng Su,Chen Zhu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (8) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/adfm.202310509
摘要

Abstract Robust bacterial metabolism and the immunosuppression on peripheral immune cells cause biofilm‐associated infections (BAIs) extremely refractory to be eradicated via antibiotics alone. Herein, hierarchical mesoporous UiO‐66 metal–organic framework is decorated with selenite, polypyrrole, and macrophage membrane (MM) to develop a biomimetic nanosphere (USPM). Following the recruitment of USPM to the biofilm microenvironment (BME) via the pathogen‐targeting ability derived from MM. The BME‐responsive USPM can precisely release selenite to penetrate the loosened biofilm in synergy with near‐infrared‐induced mild photothermal therapy (mPTT). Selenite can quickly react with reducing substances to generate hydrogen selenide (H 2 Se) inside the biofilm. H 2 Se can competitively inhibit bacterial metabolic processes and disrupt biofilm metabolic homeostasis by cascade amplification effects. Furthermore, H 2 Se inside the biofilm further sensitizes photothermia to exert a precise local photothermal effect. Outside the biofilm, USPM can simultaneously promote the phagocytosis and autophagy of macrophages to kill and decompose the phagocytosed bacteria. Finally, the well‐decomposed bacterial antigens in macrophages can be presented to antigen‐presenting cells to arouse adaptive immune responses and enhance anti‐biofilm effectiveness further. Such powerful mPTT‐enhanced bacterial metabolic disruption and macrophagic autophagy‐promoted adaptive immune activation suggest an alternative therapeutic strategy to cure refractory BAIs.
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