Biofilm Microenvironment‐Responsive Self‐Assembly Nanoreactors for All‐Stage Biofilm Associated Infection through Bacterial Cuproptosis‐like Death and Macrophage Re‐Rousing

生物膜 微生物学 细菌 吞噬作用 免疫系统 多金属氧酸盐 细胞内 巨噬细胞 川地163 先天免疫系统 生物 细胞生物学 生物化学 免疫学 体外 催化作用 遗传学
作者
Jiawei Mei,Dongdong Xu,Lingtian Wang,Lingtong Kong,Quan Liu,Qianming Li,Xianzuo Zhang,Zheng Su,Xianli Hu,Wanbo Zhu,Ming Ye,Jiaxing Wang,Chen Zhu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (36) 被引量:68
标识
DOI:10.1002/adma.202303432
摘要

Bacterial biofilm-associated infections (BAIs) are the leading cause of prosthetic implant failure. The dense biofilm structure prevents antibiotic penetration, while the highly acidic and H2 O2 -rich biofilm microenvironment (BME) dampens the immunological response of antimicrobial macrophages. Conventional treatments that fail to consistently suppress escaping planktonic bacteria from biofilm result in refractory recolonization, allowing BAIs to persist. Herein, a BME-responsive copper-doped polyoxometalate clusters (Cu-POM) combination with mild photothermal therapy (PTT) and macrophage immune re-rousing for BAI eradication at all stages is proposed. The self-assembly of Cu-POM in BME converts endogenous H2 O2 to toxic ·OH through chemodynamic therapy (CDT) and generates a mild PTT effect to induce bacterial metabolic exuberance, resulting in loosening the membrane structure of the bacteria, enhancing copper transporter activity and increasing intracellular Cu-POM flux. Metabolomics reveals that intracellular Cu-POM overload restricts the TCA cycle and peroxide accumulation, promoting bacterial cuproptosis-like death. CDT re-rousing macrophages scavenge planktonic bacteria escaping biofilm disintegration through enhanced chemotaxis and phagocytosis. Overall, BME-responsive Cu-POM promotes bacterial cuproptosis-like death via metabolic interference, while also re-rousing macrophage immune response for further planktonic bacteria elimination, resulting in all-stage BAI clearance and providing a new reference for future clinical application.
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