A Copper Single‐Atom Cascade Bionanocatalyst for Treating Multidrug‐Resistant Bacterial Diabetic Ulcer

材料科学 葡萄糖氧化酶 过氧化物酶 组合化学 催化作用 细菌 体内 生物化学 纳米技术 化学 冶金 生物传感器 生物 生物技术 遗传学
作者
Xin Fan,Yang Gao,Fan Yang,Jian Liang Low,Lei Wang,Beate Paulus,Yi Wang,Andrej Trampuž,Chong Cheng,Rainer Haag
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (33) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/adfm.202301986
摘要

Abstract Diabetic ulcers induced by multidrug‐resistant (MDR) bacteria have severely endangered diabetic populations. These ulcers are very challenging to treat because the local high glucose concentration can both promote bacterial growth and limit the immune system's bactericidal action. Herein, a glucose oxidase‐peroxidase (GOx‐POD) dual‐enzyme mimetic (DEM) bionanocatalyst, Au@CuBCats is synthesized to simultaneously control glucose concentration and bacteria in diabetic ulcers. Specifically, the AuNPs can serve as GOx mimics and catalyze the oxidation of glucose for the formation of H 2 O 2 ; the H 2 O 2 can then be further catalytically converted into OH via the POD‐mimetic copper single atoms. Notably, the unique copper single atoms coordinated by one oxygen and two nitrogen atoms (CuN 2 O 1 ) exhibit better POD catalytic performance than natural peroxidase. Further DFT calculations are conducted to study the catalytic mechanism and reveal the advantage of this CuN 2 O 1 structure as compared to other copper single‐atom sites. Both in vitro and in vivo experiments confirm the outstanding antibacterial therapeutic efficacy of the DEM bionanocatalyst. This new bionanocatalyst will provide essential insights for the next generation of antibiotic‐free strategies for combating MDR bacterial diabetic ulcers, and also offer inspiration for designing bionanocatalytic cascading medicines.
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