Biofilms cause persistent bacterial infections and are extremely recalcitrant to antimicrobials, due in part to reduced penetration of antimicrobials into biofilms that allows bacteria residing in the depth of a biofilm to survive antimicrobial treatment. Here, we describe the preparation of surface-adaptive, Triclosan-loaded micellar nanocarriers showing (1) enhanced biofilm penetration and accumulation, (2) electrostatic targeting at acidic pH toward negatively charged bacterial cell surfaces in a biofilm, and (3) antimicrobial release due to degradation of the micelle core by bacterial lipases. First, it was established that mixed-shell-polymeric-micelles (MSPM) consisting of a hydrophilic poly(ethylene glycol) (PEG)-shell and pH-responsive poly(β-amino ester) become positively charged at pH 5.0, while being negatively charged at physiological pH. This is opposite to single-shell-polymeric-micelles (SSPM) possessing only a PEG-shell and remaining negatively charged at pH 5.0. The stealth properties of the PEG-shell combined with its surface-adaptive charge allow MSPMs to penetrate and accumulate in staphylococcal biofilms, as demonstrated for fluorescent Nile red loaded micelles using confocal-laser-scanning-microscopy. SSPMs, not adapting a positive charge at pH 5.0, could not be demonstrated to penetrate and accumulate in a biofilm. Once micellar nanocarriers are bound to a staphylococcal cell surface, bacterial enzymes degrade the MSPM core to release its antimicrobial content and kill bacteria over the depth of a biofilm. This constitutes a highly effective pathway to control blood-accessible staphylococcal biofilms using antimicrobials, bypassing biofilm recalcitrance to antimicrobial penetration.

Abstract Biofilm‐associated infections pose complex challenges that require addressing the multifaceted requirements of biofilm disruption, bacterial killing, and immunomodulation. In this study, microenvironment‐adaptive metallo‐polymeric nanodecoys (MPNs) are synthesized through one‐pot subcomponent coordination in aqueous solution, effectively eradicating bacterial biofilms and modulating immune response. Within the acidic microenvironment of biofilms, the positively charged MPNs demonstrated the ability to interact with and eliminate bacteria while facilitating a Fenton‐like reaction for efficient eradication of bacterial biofilms. As the local microenvironment shifted from a neutral to a basic state during subsequent tissue healing processes, the MPNs adaptively harness the multiple properties to bind pathogen‐associated molecular patterns, scavenge reactive oxygen species, thereby modulating the immune response, alleviating inflammation, and promoting tissue healing. This study presents an efficient strategy for preparing enzyme‐mimicking materials that closely resemble natural metalloenzymes, and the MPNs offer an efficient alternative to current antibiotic treatments for biofilm‐associated infections.

Abstract Despite the safety profile of subunit vaccines, the inferior immunogenicity hinders their application in the nasal cavity. This study introduces a novel antigen delivery and adjuvant system utilizing mucoadhesive chitosan–catechol (Chic) on silica spiky nanoparticles (Ssp) to enhance immunity through multiple mechanisms. The Chic functionalizes the Ssp surface and incorporates with SARS‐CoV‐2 spike protein receptor‐binding domain (RBD) and toll‐like receptor (TLR)9 agonist unmethylated cytosine‐guanine (CpG) motif, forming uniform virus‐like nanoparticles (Ssp‐Chic‐RBD‐CpG) via electrostatic and covalent interactions. Ssp‐Chic‐RBD‐CpG, mimicking the morphology and function of inactive virions, effectively prolongs the retention time of RBD in the nasal mucosa by 3.92‐fold compared to RBD alone, enhances the maturation of dendritic cells (DCs), and facilitates the antigen trafficking to the draining lymph nodes, which subsequently induces a stronger mucosal immunity. Mechanistically, the enhanced chemokine chemokine (C‐C motif) ligand 20 (CCL20)‐driven DCs recruitment and maturation by Ssp‐Chic‐RBD‐CpG are evidenced by a cell co‐culture model. In addition, the overexpression of TLR4/9 and activation of MYD88/NF‐κB signaling pathway in activation of DCs are observed. Proof of principle is obtained for RBD, but similar delivery mechanisms can be applied in other protein‐based subunit vaccines as well when intranasal administration is needed.

Abstract Novel therapeutic strategies against difficult-to-treat bacterial infections are desperately needed, and the faster and cheaper way to get them might be by repurposing existing antibiotics. Nanodelivery systems enhance the efficacy of antibiotics by guiding them to their targets, increasing the local concentration at the site of infection. While recently described nanodelivery systems are promising, they are generally not easy to adapt to different targets, and lack biocompatibility or specificity. Here, nanodelivery systems are created that source their targeting proteins from bacteriophages. Bacteriophage receptor-binding proteins and cell-wall binding domains are conjugated to nanoparticles, for the targeted delivery of rifampicin, imipenem, and ampicillin against bacterial pathogens. They show excellent specificity against their targets, and accumulate at the site of infection to deliver their antibiotic payload. Moreover, the nanodelivery systems suppress pathogen infections more effectively than 16 to 32-fold higher doses of free antibiotics. This study demonstrates that bacteriophage sourced targeting proteins are promising candidates to guide nanodelivery systems. Their specificity, availability, and biocompatibility make them great options to guide the antibiotic nanodelivery systems that are desperately needed to combat difficult-to-treat infections.

Abstract The rise of antibiotic resistance, coupled with a dwindling antibiotic pipeline, presents a significant threat to public health. Consequently, there is an urgent need for novel therapeutics targeting antibiotic‐resistant pathogens. Nisin, a promising peptide antibiotic, exhibits potent bactericidal activity through a mechanism distinct from that of clinically used antibiotics. However, its cationic nature leads to hemolysis and cytotoxicity, which has limited its clinical application. Here, nanodelivery systems have been developed by mimicking the mechanisms bacteriophages use to deliver their genomes to host bacteria. These systems utilize bacteriophage receptor‐binding proteins conjugated to loading modules, enabling efficient targeting of bacterial pathogens. Peptide antibiotics are loaded via dynamic covalent bonds, allowing for infection microenvironment‐responsive payload release. These nanodelivery systems demonstrate remarkable specificity against target pathogens and effectively localize to bacteria‐infected lungs in vivo. Notably, they significantly reduce the acute toxicity of nisin, rendering it suitable for intravenous administration. Additionally, these bacteriophage‐mimicking nanomedicines exhibit excellent therapeutic efficacy in a mouse model of MRSA‐induced pneumonia. The facile synthesis, potent antimicrobial performance, and favorable biocompatibility of these nanomedicines highlight their potential as alternative therapeutics for combating antibiotic‐resistant pathogens. This study underscores the effectiveness of bacteriophage mimicry as a strategy for transforming peptide antibiotics into viable therapeutics.

Abstract The presence of bacterial biofilms and the occurrence of excessive inflammatory response greatly imped the healing process of chronic wounds in diabetic patients. However, effective strategies to simultaneously address these issues are still lacking. Here, a microenvironment‐adaptive nanodecoy (GC@Pd) is constructed via the coordination and in situ reduction of palladium ions on gallic acid‐modified chitosan (GC) to promote wound healing by synergistic biofilm eradication, inflammation alleviation, and immunoregulation. During the weakly acidic conditions of the biofilm infection stage, GC@Pd serves as a nanodecoy to induce bacterial aggregation. Subsequently, through its oxidase‐like activity generating reactive oxygen species and the hyperthermia from photothermal effects, it effectively eliminates the biofilm. As the local microenvironment of diabetic wounds transitions to an alkaline inflammatory state, the enzyme‐like activity of GC@Pd adapts to catalase‐like activity, effectively eliminating reactive oxygen species at the site of inflammation. Additionally, GC@Pd could selectively capture pro‐inflammatory cytokines through Michael addition reactions. In vivo experiments and transcriptomic analysis confirmed that GC@Pd could accelerate the wound transition from inflammatory to proliferative phase by eliminating biofilm infection and reducing the inflammatory response, thus promoting diabetic chronic wound healing. The nanodecoy provides a potential therapeutic strategy for treating biofilm‐infected diabetic chronic wounds.

Abstract A cavernous hemangioma, well-known as vascular malformation, is present at birth, grows proportionately with the child, and does not undergo regression. Although a cavernous hemangioma has well-defined histopathological characteristics, its origin and formation remain unknown. In the present study, we characterized the cellular heterogeneity of cavernous hemangioma using single-cell RNA sequencing (scRNA-seq). The main contribution of this study is the discovery of mesenchymal stem cells (MSCs) that cause tumour formation in cavernous hemangioma and we propose that these MSCs may be abnormally differentiated or incompletely differentiated from epiblast stem cells. Other new findings include the responsive ACKR1 positive endothelial cell (ACKR1+EC) and BTNL9 positive endothelial cell (BTNL9+EC) and the BTNL9-caused checkpoint blockade enhanced by the CXCL12-CXCR4 signalling. The activated CD8+T and NK cells may highly express CCL5 for their infiltration in cavernous hemangiomas, independent on the tumor cell-derived CCL5-IFNG - CXCL9 pathway. The highly co-expression of CXCR4 and GZMB suggested that plasmacytoid dendritic cells (pDCs) function for anti-tumour as CD8+T cells in cavernous hemangiomas. The oxidised low-density lipoprotein (oxLDL) in the TME of cavernous hemangiomas may play an important role as a signalling molecular in the immune responses. Notably, we propose that oxLDL induces the oxLDL-OLR1-NLRP3 pathway by over-expression of OLR1 in M1-like macrophages, whereas oxLDL induces the oxLDL-SRs-C1q (SRs are genes encoding scavenger receptors of oxLDL except OLR1 ) pathway by over-expression of other scavenger receptors in M2-like macrophages. The present study revealed the origin of cavernous hemangiomas and discovered marker genes, cell types and molecular mechanisms associated with the origin, formation, progression, diagnosis or therapy of cavernous hemangiomas. The information from the present study makes important contributions to the understanding of cavernous hemangioma formation and progression and facilitates the development of gold standard for molecular diagnosis and effective drugs for treatment.