Manganese-Based Biofunctional 2D Nanosheets Enabled In Situ Macrophage Engineering for Precise Eradication of Osteomyelitis

. 2025 Jul ; 14 (18) : e2500169. [epub] 20250602

Jazyk angličtina Země Německo Médium print-electronic

Typ dokumentu časopisecké články

Perzistentní odkaz   https://www.medvik.cz/link/pmid40457633

Grantová podpora
20240484527 Beijing Nova Program of Science and Technology
52302343 National Natural Science Foundation of China
RCPT-20220029 Beijing Institute of Technology Teli Young Fellow Program
LL2101 ERC-CZ program
CZ.02.1.01/0.0/0.0/15_003/0000444 Advanced Functional Nanorobots
9220061 City University of Hong Kong Donation Research Grants
DON-RMG 9229021 City University of Hong Kong Donation Research Grants

Efficient treatment of osteomyelitis caused by Staphylococcus aureus is a great clinical challenge due to bacterial resistance and immune evasion issues. Macrophages play a crucial role in the fight against S. aureus but suffer from deficiencies in function in the infectious milieu leading to persistent infection. Here, a strategy of exploiting aged neutrophil membrane (aNM) is developed to camouflage 2D MnPSe3 nanosheets (MPS NSs), denoted as aNM@MPS, to mediate in situ macrophage engineering, thereby potentiating macrophages to eradicate refractory osteomyelitis. When administered systematically, the biofunctional aNM@MPS ensures selectivity for osteomyelitis lesions, enhanced bone marrow retention, and subsequent phagocytosis by macrophages. In the mouse model of osteomyelitis, the aNM@MPS enables dysfunctional macrophages to digest intracellular bacteria by generating highly toxic hydroxyl radicals and sequentially reprogramming bactericidal immunity through manganese ion-mediated immune activation, which synergistically terminates persistent infection-initiated pathological cascades and subsequently reestablish host-directed bactericidal potency, thereby conferring a satisfactory osteoprotective effect. These findings demonstrate that macrophages in the skeletal infectious milieu can be precisely remodeled via the lesion-macrophage dual-targeting metalloimmunotherapy strategy, which holds potential for osteomyelitis treatment.

Zobrazit více v PubMed

a) E. A. Masters, B. F. Ricciardi, K. L. d. M. Bentley, T. F. Moriarty, E. M. Schwarz, G. Muthukrishnan, Nat. Rev. Microbiol. 2022, 20, 385;

b) M. Dudareva, A. J. Hotchen, J. Ferguson, S. Hodgson, M. Scarborough, B. L. Atkins, M. A. McNally, J. Infection 2019, 79, 189.

a) N. Kavanagh, J. Ryan Emily, A. Widaa, G. Sexton, J. Fennell, S. O'Rourke, C. Cahill Kevin, J. Kearney Cathal, J. O'Brien Fergal, W. K Steven, Clin. Microbiol. Rev. 2018, 31, 00084;

b) D. P. Lew, F. A. Waldvogel, Lancet 2004, 364, 369.

A. R. Zelmer, R. Nelson, K. Richter, G. J. Atkins, Bone Res. 2022, 10, 53.

a) T. J. Foster, Nat. Rev. Microbiol. 2005, 3, 948;

b) T. W Fok Lung, I. R. Monk, K. P. Acker, A. Mu, N. Wang, S. A. Riquelme, S. Pires, L. P. Noguera, F. Dach, S. J. Gabryszewski, B. P. Howden, A. Prince, Nat. Microbiol. 2020, 5, 141;

c) E. M. Darby, E. Trampari, P. Siasat, M. S. Gaya, I. Alav, M. A. Webber, J. M. A. Blair, Nat. Rev. Microbiol. 2023, 21, 280.

a) M. J. Sweet, D. Ramnath, A. Singhal, R. Kapetanovic, Nat. Rev. Immunol. 2025, 25 , 92;

b) R. S. Flannagan, G. Cosío, S. Grinstein, Nat. Rev. Microbiol. 2009, 7, 355.

a) T. R. McCulloch, T. J. Wells, F. Souza‐Fonseca‐Guimaraes, Trends Microbiol. 2022, 30, 158;

b) J. Li, X. Jiang, H. Li, M. Gelinsky, Z. Gu, Adv. Mater. 2021, 33, 2004172.

a) K. Krause, K. Daily, S. Estfanous, K. Hamilton, A. Badr, A. Abu Khweek, R. Hegazi, M. N. K. Anne, B. Klamer, X. Zhang, M. A. Gavrilin, V. Pancholi, A. O. Amer, EMBO Rep. 2019, 20, 48109;

b) L. Chen, Z. Shao, Z. Zhang, W. Teng, H. Mou, X. Jin, S. Wei, Z. Wang, Y. Eloy, W. Zhang, H. Zhou, M. Yao, S. Zhao, X. Chai, F. Wang, K. Xu, J. Xu, Z. Ye, Adv. Mater. 2024, 36, 2304774.

P. Orning, D. Weng, K. Starheim, D. Ratner, Z. Best, B. Lee, A. Brooks, S. Xia, H. Wu, M. A. Kelliher, S. B. Berger, P. J. Gough, J. Bertin, M. M. Proulx, J. D. Goguen, N. Kayagaki, K. A. Fitzgerald, E. Lien, Science 2018, 362, 1064.

a) H. Garner, K. E. de Visser, Science 2017, 358, 42;

b) M. Casanova‐Acebes, C. Pitaval, L. A. Weiss, C. Nombela‐Arrieta, R. Chèvre, N. A‐González, Y. Kunisaki, D. Zhang, N. van Rooijen, L. E. Silberstein, C. Weber, T. Nagasawa, P. S. Frenette, A. Castrillo, A. Hidalgo, Cell 2013, 153, 1025.

a) N. Borregaard, Immunity 2010, 33, 657;

b) Z. Luo, Y. Lu, Y. Shi, M. Jiang, X. Shan, X. Li, J. Zhang, B. Qin, X. Liu, X. Guo, J. Huang, Y. Liu, S. Wang, Q. Li, L. Luo, J. You, Nat. Nanotechnol. 2023, 18, 647.

a) M. Feng, K. D. Marjon, F. Zhu, R. Weissman‐Tsukamoto, A. Levett, K. Sullivan, K. S. Kao, M. Markovic, P. A. Bump, H. M. Jackson, T. S. Choi, J. Chen, A. M. Banuelos, J. Liu, P. Gip, L. Cheng, D. Wang, I. L. Weissman, Nat. Commun. 2018, 9, 3194;

b) J. S. Savill, A. H. Wyllie, J. E. Henson, M. J. Walport, P. M. Henson, C. Haslett, J. Clin. Invest. 1989, 83, 865.

a) L. Li, L. Cao, X. Xiang, X. Wu, L. Ma, F. Chen, S. Cao, C. Cheng, D. Deng, L. Qiu, Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2107530;

b) X. Guan, S. Wu, S. Ouyang, S. Ren, N. Cui, X. Wu, D. Xiang, W. Chen, B. Yu, P. Zhao, B. Wang, Adv. Healthcare Mater. 2024, 13, 2303529;

c) L. Li, Y. Yin, S. Zhang, J. Yang, P. Li, H. Zhou, J. Li, BMEMat 2024, 2, 12081.

a) X. Sun, X. Zhou, X. Shi, O. A. Abed, X. An, Y. L. Lei, J. J. Moon, Nat. Biomed. Eng. 2024, 8, 1073;

b) H. Lei, Q. Li, G. Li, T. Wang, X. Lv, Z. Pei, X. Gao, N. Yang, F. Gong, Y. Yang, G. Hou, M. Chen, J. Ji, Z. Liu, L. Cheng, Bioactive Mater. 2024, 31, 53.

a) C. Yang, Y. Luo, H. Shen, M. Ge, J. Tang, Q. Wang, H. Lin, J. Shi, X. Zhang, Nat. Commun. 2022, 13, 4866;

b) A. Murali, G. Lokhande, K. A. Deo, A. Brokesh, A. K. Gaharwar, Mater. Today 2021, 50, 276;

c) S. Zhang, H. Zhou, Y. Zhou, J. Li, J. Zhou, Fundamental Research 2024, DOI: 10.1016/j.fmre.2024.02.005.

a) E. Blanco, H. Shen, M. Ferrari, Nat. Biotechnol. 2015, 33, 941;

b) L. Miao, Y. Wei, X. Lu, M. Jiang, Y. Liu, P. Li, Y. Ren, H. Zhang, W. Chen, B. Han, W. Lu, Adv. Drug Delivery Rev. 2024, 204, 115131.

S. M. Lawrence, R. Corriden, V. Nizet, Trends Immunol. 2020, 41, 531.

R. Kumar, R. N. Jenjeti, V. S. K. Choutipalli, V. Subramanian, S. Sampath, Sens. Actuators, B 2021, 347, 130633.

Y. Liu, J. Wang, Chem. Eng. J. 2023, 466, 143147.

a) C. Garzoni, W. L. Kelley, Trends Microbiol. 2009, 17, 59;

b) X. Hou, X. Zhang, W. Zhao, C. Zeng, B. Deng, D. W. McComb, S. Du, C. Zhang, W. Li, Y. Dong, Nat. Nanotechnol. 2020, 15, 41.

F. Gao, T. Shao, Y. Yu, Y. Xiong, L. Yang, Nat. Commun. 2021, 12, 745.

a) C. E. Heim, M. E. Bosch, K. J. Yamada, A. L. Aldrich, S. S. Chaudhari, D. Klinkebiel, C. M. Gries, A. A. Alqarzaee, Y. Li, V. C. Thomas, E. Seto, A. R. Karpf, T. Kielian, Nat. Microbiol. 2020, 5, 1271;

b) X. Zhang, T. Xiong, L. Gao, Y. Wang, L. Liu, T. Tian, Y. Shi, J. Zhang, Z. Zhao, D. Lu, P. Luo, W. Zhang, P. Cheng, H. Jing, Q. Gou, H. Zeng, D. Yan, Q. Zou, Nat. Commun. 2022, 13, 5493.

S. Chen, A. F. U. H. Saeed, Q. Liu, Q. Jiang, H. Xu, G. G. Xiao, L. Rao, Y. Duo, Signal Transduction Targeted Ther. 2023, 8, 207.

K. Li, Y. Chen, Y. Lin, G. Zhang, J. Su, X. Wu, C. Cheng, Y. Wang, B. Yu, X. Zhang, Mol. Ther. 2023, 31, 174.

P. Sendi, F. Banderet, P. Graber, W. Zimmerli, J. Infection 2011, 63, 17.

E. A. Masters, R. P. Trombetta, K. L. de Mesy Bentley, B. F. Boyce, A. L. Gill, S. R. Gill, K. Nishitani, M. Ishikawa, Y. Morita, H. Ito, S. N. Bello‐Irizarry, M. Ninomiya, J. D. Brodell, C. C. Lee, S. P. Hao, I. Oh, C. Xie, H. A. Awad, J. L. Daiss, J. R. Owen, S. L. Kates, E. M. Schwarz, G. Muthukrishnan, Bone Res. 2019, 7, 20.

Z. Van Roy, P. Arumugam, B. P. Bertrand, D. D. Shinde, V. C. Thomas, T. Kielian, Nat. Commun. 2024, 15, 8965.

D. Jaramillo, J. P. Dormans, J. Delgado, T. Laor, J. W. St Geme, Radiology 2017, 283, 629.

L. Ma, Y. Cheng, X. Feng, X. Zhang, J. Lei, H. Wang, Y. Xu, B. Tong, D. Zhu, D. Wu, X. Zhou, H. Liang, K. Zhao, K. Wang, L. Tan, Y. Zhao, C. Yang, Adv. Mater. 2024, 36, 2307846.

a) B. Zhang, H. Zhang, Y. Sun, L. Chen, K. Sun, Y. Zhang, X. Hu, K. Zhao, Z. Wu, Y. Tang, Adv. Healthcare Mater. 2024, 14 ,2403058;

b) B. M. Bakadia, R. Zheng, A. A. Qaed Ahmed, Z. Shi, B. L. Babidi, T. Sun, Y. Li, G. Yang, Adv. Healthcare Mater. 2024, 13, 2304572.

H. Zhou, Y. Ren, K. Zou, Y. Jin, H. Liu, H. Jiang, L. Shi, X. Sheng, J. Weeks, H. Wang, T. Xue, E. M. Schwarz, C. Xie, Z. Deng, L. Wang, L. Chu, Adv. Healthcare Mater. 2024, 14, 2403261.

C. Kahl Barbara, K. Becker, B. Löffler, Clin. Microbiol. Rev. 2020, 29, 401.

K. L. de Mesy Bentley, R. Trombetta, K. Nishitani, S. N. Bello‐Irizarry, M. Ninomiya, L. Zhang, H. L. Chung, J. L. McGrath, J. L. Daiss, H. A. Awad, S. L. Kates, E. M. Schwarz, J. Bone Miner. Res. 2017, 32, 985.

Z. Li, S. Zhang, Z. Fu, Y. Liu, Z. Man, C. Shi, C. Tang, C. Chen, Q. Chai, Z. Yang, J. Zhang, X. Zhao, H. Xu, M. Han, Y. Wang, Z. Liao, G. Yu, B. Shi, K. Zhao, W. Li, X. Jiang, Sci. Adv. 2023, 9, adg3365.

a) R. H. Fang, A. V. Kroll, W. Gao, L. Zhang, Adv. Mater. 2018, 30, 1706759;

b) S. Zhang, Q. Chai, Z. Man, C. Tang, Z. Li, J. Zhang, H. Xu, X. Xu, C. Chen, Y. Liu, F. Guo, M. Abdalla, G. Yu, K. Zhao, B. Shi, W. Li, X. Jiang, Chem. Eng. J. 2022, 435, 134848;

c) J. Li, H. Zhou, C. Liu, S. Zhang, R. Du, Y. Deng, X. Zou, Aggregate 2023, 4, 359.

a) S. Yin, W. Zhang, Z. Zhang, X. Jiang, Adv. Healthcare Mater. 2019, 8, 1801433;

b) Y. Gai, Y. Yin, L. Guan, S. Zhang, J. Chen, J. Yang, H. Zhou, J. Li, Cyborg and Bionic Systems 2023, 4, 0058.

J. Ouyang, S. Rao, R. Liu, L. Wang, W. Chen, W. Tao, N. Kong, Adv. Drug Delivery Rev. 2022, 185, 114268.

a) C.‐F. Mu, J. Shen, J. Liang, H.‐S. Zheng, Y. Xiong, Y.‐H. Wei, F. Li, Biomaterials 2018, 155, 191;

b) T. Itkin, S. Gur‐Cohen, J. A. Spencer, A. Schajnovitz, S. K. Ramasamy, A. P. Kusumbe, G. Ledergor, Y. Jung, I. Milo, M. G. Poulos, A. Kalinkovich, A. Ludin, K. Golan, E. Khatib, A. Kumari, O. Kollet, G. Shakhar, J. M. Butler, S. Rafii, R. H. Adams, D. T. Scadden, C. P. Lin, T. Lapidot, Nature 2016, 532, 323.

J. Bariwal, H. Ma, G. A. Altenberg, H. Liang, Chem. Soc. Rev. 2022, 51, 1702.

a) Y. Wang, X. Hu, L. Zhang, C. Zhu, J. Wang, Y. Li, Y. Wang, C. Wang, Y. Zhang, Q. Yuan, Nat. Commun. 2019, 10, 2829;

b) Y. Shuai, H. Lu, R. Lv, J. Wang, Q. Wan, C. Mao, M. Yang, Adv. Healthcare Mater. 2021, 10, 2001695.

H. Tada, E. Nemoto, B. L. Foster, M. J. Somerman, H. Shimauchi, Bone 2011, 48, 1409.

a) X. Zhang, J. Huang, J. Huang, Z. Shi, H. Niu, Y. Zheng, X. Wang, C. Wu, J. Chen, P. Liu, Y. Zhu, Adv. Funct. Mater. 2025, 35, 2417871;

b) B. Zou, Z. Xiong, Y. Yu, S. Shi, X. Li, T. Chen, Adv. Mater. 2024, 36, 2401620;

c) Z. Xiong, H. Lin, H. Li, B. Zou, B. Xie, Y. Yu, L. He, T. Chen, Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2212970.

a) C.‐M. J. Hu, R. H. Fang, K.‐C. Wang, B. T. Luk, S. Thamphiwatana, D. Dehaini, P. Nguyen, P. Angsantikul, C. H. Wen, A. V. Kroll, C. Carpenter, M. Ramesh, V. Qu, S. H. Patel, J. Zhu, W. Shi, F. M. Hofman, T. C. Chen, W. Gao, K. Zhang, S. Chien, L. Zhang, Nature 2015, 526, 118;

b) C.‐M. J. Hu, R. H. Fang, J. Copp, B. T. Luk, L. Zhang, Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 336.

S. Zhang, Y. Liu, W. Jing, Q. Chai, C. Tang, Z. Li, Z. Man, C. Chen, J. Zhang, P. Sun, R. Zhang, Z. Yang, M. Han, Y. Wang, X. Wei, J. Li, W. Li, M. Abdalla, G. Yu, B. Shi, Y. Zhang, K. Zhao, X. Jiang, Nat. Commun. 2023, 14, 817.

Y. Wang, L. I. Cheng, D. R. Helfer, A. G. Ashbaugh, R. J. Miller, A. J. Tzomides, J. M. Thompson, R. V. Ortines, A. S. Tsai, H. Liu, C. A. Dillen, N. K. Archer, T. S. Cohen, C. Tkaczyk, C. K. Stover, B. R. Sellman, L. S. Miller, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2017, 114, E5094.

Najít záznam

Citační ukazatele

Nahrávání dat ...

Možnosti archivace

Nahrávání dat ...