Binding of biomacromolecules to anionic lipids in the plasma membrane is a common motif in many cell signaling pathways. Previous work has shown that macromolecules with cationic sequences can form nanodomains with sequestered anionic lipids, which alters the lateral distribution and mobility of the membrane lipids. Such sequestration is believed to result from the formation of a lipid–macromolecule complex. To date, however, the molecular structure and dynamics of the lipid–polymer interface are poorly understood. We have investigated the behavior of polycationic quaternized polyvinylpyridine (QPVP) on supported lipid bilayers doped with phosphatidylserine (PS) or phosphatidylinositol phosphate (PIP) lipids using time-resolved fluorescence microscopy, including pulsed interleaved excitation fluorescence cross-correlation spectroscopy (PIE-FCCS). PIE-FCCS is a dual-color fluorescence spectroscopy that translates fluctuations in fluorescence signal into a measurement of diffusion and colocalization. By labeling the polymer and lipids, we investigated the adsorption-induced translational mobility of lipids and systematically studied the influence of lipid charge density and solution ionic strength. Our results show that alteration of anionic lipid lateral mobility is dependent on the net charge of the lipid headgroup and is modulated by the ionic strength of the solution, indicating that electrostatic interactions drive the decrease in lateral mobility of anionic lipids by adsorbed QPVP. At physiological salt concentration we observe that the lipid lateral mobility is weakly influenced by QPVP and that there is no evidence of stable lipid–polymer complexes.

Model membranes are a valuable tool to investigate the mechanism of interaction between antibiotic compounds and bacterial membranes. However, the development of supported lipid bilayer (SLB) models for Gram-negative and Gram-positive bacteria has been challenging because of the high charge and spontaneous curvature of the lipids that make up these membranes. Here we describe a method for preparing mimetic Gram-negative inner membrane and Gram-positive membrane SLBs, including asymmetric SLBs (asy-SLBs) that contain a fluorescent tracer only in the upper leaflet of the membrane. We quantified the dynamics of the lipids in these membranes with fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and found that lipid diffusion is slower in Gram-negative SLBs/asySLBs than in Gram-positive SLBs/asySLBs. Peptide binding to these membranes was also characterized using colistin, a Gram-negative specific antibiotic. Interactions between colistin and membrane lipids phosphatidylethanolamine (PE) or cardiolipin (TOCL) were probed with pulsed-interleaved excitation fluorescence cross-correlation spectroscopy (PIE-FCCS). Overall, our data provide unique insight into the diffusion dynamics of lipids in Gram-negative and Gram-positive membranes as well as a novel platform for investigating the mechanism of interaction between antibiotic peptides and bacterial membrane lipids.

There is an urgent clinical need to develop nerve-blocking agents capable of inducing long duration sensory block without muscle weakness or paralysis to treat post-operative and chronic pain conditions. Here, we report a galacturonic acid-capsaicin (GalA-CAP) prodrug as an effective nociceptive-selective axon blocking agent. Capsaicin selectively acts on nociceptive signaling without motor nerve blockade or disruption of proprioception and touch sensation, and the galacturonic acid moiety enhance prodrug permeability across the restrictive peripheral nerve barriers (PNBs) via carrier-mediated transport by the facilitative glucose transporters (GLUTs). In addition, following prodrug transport across PNBs, the inactive prodrug is converted to active capsaicin through linker hydrolysis, leading to sustained drug release. A single injection of GalA-CAP prodrug at the sciatic nerves of rats led to nociceptive-selective nerve blockade lasting for 234 ± 37 h, which is a sufficient duration to address the most intense period of postsurgical pain. Furthermore, the prodrug markedly mitigated capsaicin-associated side effects, leading to a notable decrease in systemic toxicity, benign local tissue reactions, and diminished burning and irritant effects.

To investigate the clinical application value of microfluidic-based in vitro diagnostic (IVD) technology in pathogenic detection of respiratory tract infections. A total of 300 clinical samples, including blood, bronchoalveolar lavage fluid, and pleural effusion, were collected from patients with respiratory tract infections. The samples were randomly divided into three groups: A, B, and C, with 100 cases in each group. Group A used traditional microbiological detection methods, Group B used metagenomic next-generation sequencing (mNGS) technology, and Group C used both microfluidic-based IVD technology and traditional microbiological detection methods to detect pathogenic microorganisms in the clinical samples. The positive detection rate, detection time, and detection cost were compared among the groups. The diagnostic performance of each group was compared using the Receiver Operating Characteristic (ROC) curve. Traditional microbiological detection identified 38 positive samples (38%), including 45 pathogens; mNGS technology identified 95 positive samples (95%), including 210 pathogens; microfluidic-based IVD technology identified 96 positive samples (96%), including 158 pathogens. Microfluidic-based IVD technology had a significantly higher positive detection rate for pathogenic microorganisms compared to traditional culture techniques (96% vs 38%, χ2 = 122.0, P < 0.01), and it was also faster and cheaper than mNGS technology. ROC analysis showed that compared to traditional microbiological culture results, microfluidic-based IVD technology had significantly increased sensitivity and specificity, similar to mNGS technology. In respiratory infectious diseases, microfluidic-based IVD technology had a higher detection rate for pathogenic microorganisms than traditional culture methods, and it had advantages in detection time and cost compared to mNGS technology. It could also detect critical drug-resistant genes of pathogens. Hence, microfluidic-based IVD technology can be a viable option for diagnosis and treatment of respiratory infectious diseases.