A near-infrared (NIR) light-triggerable thermo-sensitive hydrogel-based drug reservoir that can realize on-demand antibiotics release and hyperthermia-assisted bacterial inactivation was prepared to combat bacterial infection and promote wound healing. The drug reservoir was fabricated by mixing ciprofloxacin (Cip, a potent antibiotic)-loaded polydopamine (PDA) nanoparticles (NPs) and glycol chitosan (GC) to form an injectable hydrogel (PDA NP-Cip/GC hydrogel, abbreviated as Gel-Cip). On the one hand, the positive charge of GC and the adsorbability of PDA NPs made bacteria be readily trapped on the surface of Gel-Cip. On the other hand, the Gel-Cip exhibited minimal leakage under physiological conditions, but could boost Cip release upon NIR light irradiation. Meanwhile, NIR light irradiation could activate the photothermal PDA NPs, and the generated local hyperthermia induced the destruction of the bacterial integrity, leading to bacterial inactivation in a synergistic way. Moreover, the exceptional bacterial killing activity and outstanding wound healing ability of the system were also verified by the S. aureus-infected mouse skin defect model. Taken together, the light-activatable hydrogel-based platform allows us to release antibiotics more precisely, eliminate bacteria more effectively, and inhibit bacteria-induced infections more persistently, which will advance the development of novel antibacterial agents and strategies.

Abstract Compared with conventional tumor photothermal therapy (PTT), mild‐temperature PTT brings less damage to normal tissues, but also tumor thermoresistance, introduced by the overexpressed heat shock protein (HSP). A high dose of HSP inhibitor during mild‐temperature PTT might lead to toxic side effects. Glucose oxidase (GOx) consumes glucose, leading to adenosine triphosphate supply restriction and consequent HSP inhibition. Therefore, a combinational use of an HSP inhibitor and GOx not only enhances mild‐temperature PTT but also minimizes the toxicity of the inhibitor. However, a GOx and HSP inhibitor‐encapsulating nanostructure, designed for enhancing its mild‐temperature tumor PTT efficiency, has not been reported. Thermosensitive GOx/indocyanine green/gambogic acid (GA) liposomes (GOIGLs) are reported to enhance the efficiency of mild‐temperature PTT of tumors via synergistic inhibition of tumor HSP by the released GA and GOx, together with another enzyme‐enhanced phototherapy effect. In vitro and in vivo results indicate that this strategy of tumor starvation and phototherapy significantly enhances mild‐temperature tumor PTT efficiency. This strategy could inspire people to design more delicate platforms combining mild‐temperature PTT with other therapeutic methods for more efficient cancer treatment.

The shape effect of gold (Au) nanomaterials on the efficiency of cancer radiotherapy has not been fully elucidated. To address this issue, Au nanomaterials with different shapes but similar average size (∼50 nm) including spherical gold nanoparticles (GNPs), gold nanospikes (GNSs), and gold nanorods (GNRs) were synthesized and functionalized with poly(ethylene glycol) (PEG) molecules. Although all of these Au nanostructures were coated with the same PEG molecules, their cellular uptake behavior differed significantly. The GNPs showed the highest cellular responses as compared to the GNSs and the GNRs (based on the same gold mass) after incubation with KB cancer cells for 24 h. The cellular uptake in cells increased in the order of GNPs > GNSs > GNRs. Our comparative studies indicated that all of these PEGylated Au nanostructures could induce enhanced cancer cell-killing rates more or less upon X-ray irradiation. The sensitization enhancement ratios (SERs) calculated by a multitarget single-hit model were 1.62, 1.37, and 1.21 corresponding to the treatments of GNPs, GNSs, and GNRs, respectively, demonstrating that the GNPs showed a higher anticancer efficiency than both GNSs and GNRs upon X-ray irradiation. Almost the same values were obtained by dividing the SERs of the three types of Au nanomaterials by their corresponding cellular uptake amounts, indicating that the higher SER of GNPs was due to their much higher cellular uptake efficiency. The above results indicated that the radiation enhancement effects were determined by the amount of the internalized gold atoms. Therefore, to achieve a strong radiosensitization effect in cancer radiotherapy, it is necessary to use Au-based nanomaterials with a high cellular internalization. Further studies on the radiosensitization mechanisms demonstrated that ROS generation and cell cycle redistribution induced by Au nanostructures played essential roles in enhancing radiosensitization. Taken together, our results indicated that the shape of Au-based nanomaterials had a significant influence on cancer radiotherapy. The present work may provide important guidance for the design and use of Au nanostructures in cancer radiotherapy.

Abstract Photothermal therapy (PTT) usually requires hyperthermia >50 °C for effective tumor ablation, which inevitably induces heating damage to the surrounding normal tissues/organs. Moreover, low tumor retention and high liver accumulation are the two main obstacles that significantly limit the efficacy and safety of many nanomedicines. To solve these problems, a smart albumin‐based tumor microenvironment‐responsive nanoagent is designed via the self‐assembly of human serum albumin (HSA), dc‐IR825 (a cyanine dye and a photothermal agent), and gambogic acid (GA, a heat shock protein 90 (HSP90) inhibitor and an anticancer agent) to realize molecular targeting‐mediated mild‐temperature PTT. The formed HSA/dc‐IR825/GA nanoparticles (NPs) can escape from mitochondria to the cytosol through mitochondrial disruption under near‐infrared (NIR) laser irradiation. Moreover, the GA molecules block the hyperthermia‐induced overexpression of HSP90, achieving the reduced thermoresistance of tumor cells and effective PTT at a mild temperature (<45 °C). Furthermore, HSA/dc‐IR825/GA NPs show pH‐responsive charge reversal, effective tumor accumulation, and negligible liver deposition, ultimately facilitating synergistic mild‐temperature PTT and chemotherapy. Taken together, the NIR‐activated NPs allow the release of molecular drugs more precisely, ablate tumors more effectively, and inhibit cancer metastasis more persistently, which will advance the development of novel mild‐temperature PTT‐based combination strategies.

Abstract Small molecule‐based photothermal agents (PTAs) hold promising future for photothermal therapy; however, unexpected inactivation exerts negative impacts on their application clinically. Herein, a self‐regenerating PTA strategy is proposed by integrating 2,2′‐azino‐bis(3‐ethylbenzothiazoline‐6‐sulfonic acid) radical cation (ABTS •+ ) with a thermodynamic agent (TDA) 2,2′‐azobis[2‐(2‐imidazolin‐2‐yl) propane] dihydrochloride (AIPH). Under NIR laser, the photothermal effect of ABTS •+ accelerates the production of alkyl radicals by AIPH, which activates the regeneration of ABTS •+ , thus creating a continuous positive feedback loop between photothermal and thermodynamic effects. The combination of ABTS •+ regeneration and alkyl radical production leads to the tandem photothermal and thermodynamic tumor therapy. In vitro and in vivo experiments confirm that the synergistic action of thermal ablation, radical damage, and oxidative stress effectively realizes tumor suppression. This work offers a promising approach to address the unwanted inactivation of PTAs and provides valuable insights for optimizing combination therapy.