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Synthesis of Mesoporous Catechin Nanoparticles as Biocompatible Drug-Free Antibacterial Mesoformulation
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2024-09-18 , DOI: 10.1021/jacs.4c08336 Runfeng Lin 1 , Gaoyang Li 1 , Qianfeng He 2 , Junfeng Song 1 , Yanming Ma 1 , Yating Zhan 1 , Minjia Yuan 3 , Qi Li 3 , Dongliang Chao 1 , Xiaomin Li 1 , Peiyuan Wang 2 , Tiancong Zhao 1 , Dongyuan Zhao 1
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2024-09-18 , DOI: 10.1021/jacs.4c08336 Runfeng Lin 1 , Gaoyang Li 1 , Qianfeng He 2 , Junfeng Song 1 , Yanming Ma 1 , Yating Zhan 1 , Minjia Yuan 3 , Qi Li 3 , Dongliang Chao 1 , Xiaomin Li 1 , Peiyuan Wang 2 , Tiancong Zhao 1 , Dongyuan Zhao 1
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While polyphenolic substances stand as excellent antibacterial agents, their antimicrobial properties rely on the auxiliary support of micro-/nanostructures. Despite offering a novel avenue for enhancing polymer performance, controllable fabrication of mesoporous polymeric nanomaterials encounters significant challenges due to intricate intermolecular forces. In this article, mesoporous catechin nanoparticles have been successfully fabricated using a balanced multivariate interaction approach. The harmonization of the water–ethanol ratio and ionic strength effectively balances the forces of hydrogen bonding and π–π stacking, facilitating the controlled assembly of mesostructures. The mesoporous catechin nanoparticles exhibit a uniform spherical structure (∼100 nm), open mesopores with a diameter of ∼15 nm, and a high surface area of ∼106 m2 g–1. While exhibiting a good biocompatibility and negative surface charge, the mesoporous catechins possess outstanding antibacterial ability and function as an antibiotic mesoformulation without the necessity of loading any drugs. This mesoformulation inhibits 50% in vitro Staphylococcus aureus growth with a low concentration of ∼10 μg mL–1 and achieves complete inhibition at ∼25 μg mL–1. In a mouse wound model, accelerated wound healing and complete closure within 6–8 days are achieved. Proteomics of bacteria reveals that the excellent antibacterial property is attributed to the synergetic effect of mesoformulation’s mesostructure and the catechin molecule intervening in bacterial metabolism. Overall, this work may pave a novel way for the future exploration of polymer nanomaterials and antibiotic formulations.
中文翻译：
介孔儿茶素纳米颗粒的合成作为生物相容性无药物抗菌介观制剂
虽然多酚物质是出色的抗菌剂，但它们的抗菌性能依赖于微/纳米结构的辅助支撑。尽管为提高聚合物性能提供了一种新的途径，但由于复杂的分子间作用力，介孔聚合物纳米材料的可控制造遇到了重大挑战。在本文中，使用平衡多变量相互作用方法成功制备了介孔儿茶素纳米颗粒。水乙醇比和离子强度的协调有效地平衡了氢键和 π-π 堆叠的力量，促进了介观结构的受控组装。介孔儿茶素纳米颗粒表现出均匀的球形结构 （∼100 nm）、直径为 ∼15 nm 的开放介孔和 ∼106 m2 g-1 的高表面积。在表现出良好的生物相容性和负表面电荷的同时，介孔儿茶素具有出色的抗菌能力，并且无需加载任何药物即可作为抗生素介观制剂发挥作用。该介位制剂在低浓度 ∼10 μg mL–1 时抑制 50% 的体外金黄色葡萄球菌生长，并在 ∼25 μg mL–1 时实现完全抑制。在小鼠伤口模型中，伤口加速愈合并在 6-8 天内完全闭合。细菌的蛋白质组学表明，优异的抗菌性能归因于中胚层制剂的中观结构和干预细菌代谢的儿茶素分子的协同作用。总的来说，这项工作可能为未来探索聚合物纳米材料和抗生素制剂铺平了一条新的道路。
更新日期：2024-09-18
中文翻译：
介孔儿茶素纳米颗粒的合成作为生物相容性无药物抗菌介观制剂
虽然多酚物质是出色的抗菌剂，但它们的抗菌性能依赖于微/纳米结构的辅助支撑。尽管为提高聚合物性能提供了一种新的途径，但由于复杂的分子间作用力，介孔聚合物纳米材料的可控制造遇到了重大挑战。在本文中，使用平衡多变量相互作用方法成功制备了介孔儿茶素纳米颗粒。水乙醇比和离子强度的协调有效地平衡了氢键和 π-π 堆叠的力量，促进了介观结构的受控组装。介孔儿茶素纳米颗粒表现出均匀的球形结构 （∼100 nm）、直径为 ∼15 nm 的开放介孔和 ∼106 m2 g-1 的高表面积。在表现出良好的生物相容性和负表面电荷的同时，介孔儿茶素具有出色的抗菌能力，并且无需加载任何药物即可作为抗生素介观制剂发挥作用。该介位制剂在低浓度 ∼10 μg mL–1 时抑制 50% 的体外金黄色葡萄球菌生长，并在 ∼25 μg mL–1 时实现完全抑制。在小鼠伤口模型中，伤口加速愈合并在 6-8 天内完全闭合。细菌的蛋白质组学表明，优异的抗菌性能归因于中胚层制剂的中观结构和干预细菌代谢的儿茶素分子的协同作用。总的来说，这项工作可能为未来探索聚合物纳米材料和抗生素制剂铺平了一条新的道路。
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