Abstract Biofilms are structured communities of microbial cells embedded in a self-produced matrix of extracellular polymeric substances. Biofilms are associated with many health issues in humans, including chronic wound infections and tooth decay. Current antimicrobials are often incapable of disrupting the polymeric biofilm matrix and reaching the bacteria within. Alternative approaches are needed. Here, we describe a unique structure of dextran coated gold in a gold cage nanoparticle that enables photoacoustic and photothermal properties for biofilm detection and treatment. Activation of these nanoparticles with a near infrared laser can selectively detect and kill biofilm bacteria with precise spatial control and in a short timeframe. We observe a strong biocidal effect against both Streptococcus mutans and Staphylococcus aureus biofilms in mouse models of oral plaque and wound infections respectively. These effects were over 100 times greater than that seen with chlorhexidine, a conventional antimicrobial agent. Moreover, this approach did not adversely affect surrounding tissues. We conclude that photothermal ablation using theranostic nanoparticles is a rapid, precise, and non-toxic method to detect and treat biofilm-associated infections.

Extensive efforts are underway to develop bacteriophages as therapies against antibiotic-resistant bacteria. However, these efforts are confounded by the instability of phage preparations and a lack of suitable tools to assess active phage concentrations over time. Here, we use Dynamic Light Scattering (DLS) to measure changes in phage physical state in response to environmental factors and time, finding that phages tend to decay and form aggregates and that the degree of aggregation can be used to predict phage bioactivity. We then use DLS to optimize phage storage conditions for phages from human clinical trials, predict bioactivity in 50-year-old archival stocks, and evaluate phage samples for use in a phage therapy/wound infection model. We also provide a web-application (Phage-ELF) to facilitate DLS studies of phages. We conclude that DLS provides a rapid, convenient, and non-destructive tool for quality control of phage preparations in academic and commercial settings.

Silver sulfide nanoparticles (Ag 2 S-NP) have been proposed for various optical-based biomedical applications, such as near-infrared fluorescence (NIRF) imaging, photoacoustics (PA) and photothermal therapy (PTT). However, their absorbance is relatively low in the NIR window used in these applications, and previous formulations were synthesized using toxic precursors under harsh conditions and have clearance issues due to their large size. Herein, we synthesized sub-5 nm Ag 2 S-NP and encapsulated them in biodegradable, polymeric nanoparticles (AgPCPP). All syntheses were conducted using biocompatible reagents in the aqueous phase and under ambient conditions. We found that the encapsulation of Ag 2 S-NP in polymeric nanospheres greatly increases their NIR absorbance, resulting in enhanced optical imaging and photothermal heating effects. We therefore found that AgPCPP have potent contrast properties for PA and NIRF imaging, as well as for computed tomography (CT). We demonstrated the applicability of AgPCPP nanoparticles as a multimodal imaging probe that readily improves the conspicuity of breast tumors in vivo . PTT was performed using AgPCPP with NIR laser irradiation, which led to significant reduction in breast tumor growth and prolonged survival compared to free Ag 2 S-NP. Lastly, we observed a gradual decrease in AgPCPP retention in tissues over time with no signs of acute toxicity, thus providing strong evidence of safety and biodegradability. Therefore, AgPCPP may serve as a "one-for-all" theranostic agent that degrades into small components for excretion once the diagnostic and therapeutic tasks are fulfilled, thus providing good prospects for translation to clinical use.

Bacteriophages (phages) are viruses that specifically target and kill bacteria, serving as a promising therapeutic to combat multidrug-resistant (MDR) pathogens such as