Development of a poly(ether urethane) system for the controlled release of two novel anti-biofilm agents based on gallium or zinc and its efficacy to prevent bacterial biofilm formation.
Development of a poly(ether urethane) system for the controlled release of two novel anti-biofilm agents based on gallium or zinc and its efficacy to prevent bacterial biofilm formation.
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DOI：
10.1016/j.jconrel.2013.10.005
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发表时间：
2013-12-28
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Bryers JD
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ma H;Darmawan ET;Zhang M;Zhang L;Bryers JD
控制医疗器械感染的传统抗生素疗法通常无法清除生物膜感染，甚至可能促进抗生素耐药物种的进化。我们在此报告两种新型抗生物膜剂的开发；镓 (Ga) 或锌 (Zn) 与原卟啉 IX (PP) 或中原卟啉 IX (MP) 复合，对于抑制悬浮细菌生长和生物膜形成非常有效。这些螯合的镓或锌络合物充当铁铁载体类似物，取代了大多数细菌的天然铁吸收。使用掺入的成孔剂聚乙二醇 (PEG) 制造聚醚聚氨酯 (PEU；Biospan®) 聚合物薄膜，用于控制 Ga 或 Zn 复合物的持续释放。 PEU 聚合物中含有 8% PEG (MW=1450) 的最佳配方可有效持续药物释放至少 3 个月。与阴性对照 PEU 膜不释放任何物质相比，所有载药 PEU 膜在悬浮培养物和生物膜培养物中均表现出体外革兰氏阳性（表皮葡萄球菌）和革兰氏阴性（铜绿假单胞菌）细菌减少 ≥ 90%。细胞毒性和内毒素评估表明，释放 Ga 或 Zn 复合物的 PEU 薄膜没有不良反应。最后，体内研究进一步证实了释放 Ga 或 Zn 复合物的 PEU 膜的抗生物膜功效。
Traditional antibiotic therapy to control medical device-based infections typically fails to clear biofilm infections and may even promote the evolution of antibiotic resistant species. We report here the development of two novel antibiofilm agents; gallium (Ga) or zinc (Zn) complexed with protoporphyrin IX (PP) or mesoprotoporphyrin IX (MP) that are both highly effective in negating suspended bacterial growth and biofilm formation. These chelated gallium or zinc complexes act as iron siderophore analogs, surplanting the natural iron uptake of most bacteria. Poly (ether urethane) (PEU; Biospan®) polymer films were fabricated for the controlled sustained release of the Ga- or Zn-complexes, using an incorporated pore-forming agent, poly (ethylene glycol) (PEG). An optimum formulation containing 8% PEG (MW=1450) in the PEU polymer effectively sustained drug release for at least 3 months. All drug-loaded PEU films exhibited in vitro ≥ 90% reduction of Gram-positive (Staphylococcus epidermidis) and Gram-negative (Pseudomonas aeruginosa) bacteria in both suspended and biofilm culture versus the negative control PEU films releasing nothing. Cytotoxicity and endotoxin evaluation demonstrated no adverse responses to the Ga- or Zn-complex releasing PEU films. Finally, in vivo studies further substantiate the anti-biofilm efficacy of the PEU films releasing Ga- or Zn- complexes.
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