Near-Infrared Light-Triggered Nitric-Oxide-Enhanced Photodynamic Therapy and Low-Temperature Photothermal Therapy for Biofilm Elimination

光动力疗法 光热治疗 生物膜 材料科学 纳米技术 光化学 化学 细菌 生物 遗传学 有机化学
作者
Yuan Zhang,Chuanchuan Lin,Ye He,Bailong Tao,Maowen Chen,Jixi Zhang,Peng Liu,Kaiyong Cai
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (3): 3546-3562 被引量:538
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b09871
摘要

Photothermal treatment (PTT) involving a combination of therapeutic modalities recently emerged as an efficient alternative for combating biofilm. However, PTT-related local high temperature may destroy the surrounding healthy tissues. Herein, we present an all-in-one phototherapeutic nanoplatform consisting of l-arginine (l-Arg), indocyanine green (ICG), and mesoporous polydopamine (MPDA), namely, AI-MPDA, to eliminate the already-formed biofilm. The fabrication process included surface modification of MPDA with l-Arg and further adsorption of ICG via π–π stacking. Under near-infrared (NIR) exposure, AI-MPDA not only generated heat but also produced reactive oxygen species, causing a cascade catalysis of l-Arg to release nitric oxide (NO). Under NIR irradiation, biofilm elimination was attributed to the NO-enhanced photodynamic therapy and low-temperature PTT (≤45 °C). Notably, the NIR-triggered all-in-one strategy resulted in severe destruction of bacterial membranes. The phototherapeutic AI-MPDA also displayed good cytocompatibility. NIR-irradiated AI-MPDA nanoparticles not only prevented bacterial colonization but also realized a rapid recovery of infected wounds. More importantly, the all-in-one phototherapeutic platform displayed effective biofilm elimination with an efficiency of around 100% in a abscess formation model. Overall, this low-temperature phototherapeutic platform provides a reliable tool for combating already-formed biofilms in clinical applications.
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