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Porous Silicon Nanoparticle Delivery of Tandem Peptide Anti-infectives for the Treatment of P. aeruginosa Lung Infections

机译：串联肽抗感染剂的多孔硅纳米颗粒递送用于铜绿假单胞菌肺部感染的治疗

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摘要

There is an urgent need for new materials to treat bacterial infections. In order to improve antibacterial delivery, we developed an anti-infective nanomaterial that utilizes two strategies for localization: (1) a biodegradable nanoparticle carrier to localize therapeutics within the tissue and (2) a novel tandem peptide cargo to localize payload to bacterial membranes. First, we screened a library of antibacterial peptides that combined a membrane-localizing peptide with a toxic peptide cargo and discovered a tandem peptide that displays synergy between the two domains and was able to kill P. aeruginosa at sub-micromolar concentrations. To apply this material to the lung, tandem peptide was loaded into porous silicon nanoparticles (pSiNPs). Charged peptide payloads were loaded into the pores of the pSiNP at ~30% mass loading and ~90% loading efficiency using phosphonate surface chemistry. When delivered to the lungs of mice, this anti-infective nanomaterial exhibited improved safety profiles over free peptides. Moreover, treatment of a lung infection of P. aeruginosa resulted in a large reduction in bacterial numbers and markedly improved survival compared to untreated mice. Collectively, we present the selection of a bifunctional peptide-based anti-infective agent and its delivery via biodegradable nanoparticles for application to an animal model of lung infection.
机译：迫切需要用于治疗细菌感染的新材料。为了改善抗菌效果，我们开发了一种抗感染纳米材料，该材料利用两种定位策略：（1）可生物降解的纳米颗粒载体将治疗剂定位在组织内；（2）新型串联肽货物将有效载荷定位在细菌膜上。首先，我们筛选了一个抗菌肽文库，该文库将膜定位肽与有毒肽货物结合在一起，发现了一个串联肽，它在两个结构域之间显示协同作用，并能够以亚微摩尔浓度杀死铜绿假单胞菌。为了将这种材料应用于肺部，将串联肽加载到多孔硅纳米颗粒（pSiNPs）中。使用膦酸酯表面化学方法，将荷电的肽有效负载以〜30％的质量负载和〜90％的负载效率加载到pSiNP的孔中。当被递送到小鼠的肺部时，这种抗感染纳米材料表现出比游离肽更高的安全性。此外，与未经治疗的小鼠相比，治疗铜绿假单胞菌的肺部感染可导致细菌数量大幅减少，并显着提高存活率。总的来说，我们提出了一种基于双功能肽的抗感染剂的选择及其通过可生物降解的纳米颗粒的递送，以应用于肺部感染的动物模型。

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