"Light-Triggered Eradication of Acinetobacter baumannii by Means of NO Delivery from a Porous Material with an Entrapped Metal Nitrosyl". B. J. Heilman, J. St. John, S. R. J. Oliver, P. K. Mascharak. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. In press. DOI: 10.1021/ja3022736
A photoactive manganese nitrosyl, namely [Mn(PaPy3)(NO)](ClO4)
({Mn-NO}), has been loaded into the columnar pores of an MCM-41 host.
Strong interaction between the polar nitrosyl and the −OH groups on the
host wall leads to excellent entrapment of the NO donor within the
porous host. With the aluminosilicate-based host (Al-MCM-41), the
loading is further enhanced due to electrostatic interaction of the
cationic species with the aluminum sites. The extent of loading has been
determined via analytical techniques including N2
adsorption/desorption isometry. Powder X-ray diffraction studies on the
loaded materials afford patterns typical of an ordered mesoporous
silicate consisting of a hexagonal array of unidimensional channels
(with slight loss of crystallinity). Elemental mapping of the loaded
particles confirms the incorporation of {Mn-NO} into the porous MCM-41
structure and attests to the homogeneity of the guest molecule
distribution throughout individual particles. When suspensions of the
loaded materials in saline solution are exposed to low-power (10–100 mW)
visible light, rapid release of NO is observed. With continuous
exposure, a steady release of 50–80 μM of NO is attained with 5 mg of
material/mL buffer within 5 min, and the NO flux is maintained for a
period of 
60
min. Rapid bursts of 5–10 μM NO are noted with short light pulses. Loss
of either the nitrosyl or its photoproduct(s) from these materials in
biological media is minimal over long periods of time. The NO release
profiles suggest potential use of these powdery biocompatible materials
as NO donors where the delivery of NO (a strong antibiotic) could be
controlled via the exposure of light. Such prediction has been confirmed
with the successful eradication of both drug-susceptible and
drug-resistant Acinetobacter baumannii in a soft-tissue infection model through light-triggered NO delivery.
60
min. Rapid bursts of 5–10 μM NO are noted with short light pulses. Loss
of either the nitrosyl or its photoproduct(s) from these materials in
biological media is minimal over long periods of time. The NO release
profiles suggest potential use of these powdery biocompatible materials
as NO donors where the delivery of NO (a strong antibiotic) could be
controlled via the exposure of light. Such prediction has been confirmed
with the successful eradication of both drug-susceptible and
drug-resistant Acinetobacter baumannii in a soft-tissue infection model through light-triggered NO delivery.
Se introdujo un manganeso nitrosil fotoactivo, de nombre [Mn(PaPy3)(NO)](ClO4)
({Mn-NO}), en los poros en forma de columna de un soporte tipo MCM-41. La fuerte interacción que existe entre los grupos nitrosil polares y los grupos -OH sobre las paredes del soporte llevan a un atrapamiento excelente del grupo donador NO en el soporte poroso. Con el soporte hecho de aluminosilicatos (Al-MCM-41), la introducción se incrementa aún más debido a la interacción electrostática de las especies catiónicas con los sitios del aluminio. La cantidad de introducción se determinó por medio de técnicas analíticas, entre las que se incluye la isometría de adsorción/desorción de N2. Los estudios de difracción de rayos X en polvos en los materiales cargados muestran patrones típicos de un silicato mesoporoso ordenado, consistente de un arreglo hexagonal de canales unidimensionales (con una ligera pérdida de cristalinidad). La detección elemental de las partículas cargadas confirma la incorporación de {Mn-NO} en los poros de la estructura MCM-41 y comprueba la homogeneidad de la distribución de las moléculas dopantes a través de las partículas individuales. Cuando las suspensiones de los materiales cargados en soluciones salinas son expuestas a luz visible de baja potencia (10-100mW) se observa una liberación rápida de NO. Con la exposición continua se llega a una liberación estacionaria de 50-80 μM de NO, con un tope de 5 mg de material/mL en 5 min, y el flujo de NO se mantiene por un período aproximado de 60 min. Se distinguen liberaciones repentinas de 5-10 μM de NO ante pulsos de cortos de luz. La pérdida del nitrosil o de los foto-producto(s) de estos materiales en un medio biológico es mínima a lo largo de grandes períodos de tiempo. Los perfiles de liberación de NO sugieren el uso potencial de estos polvos biocompatibles como donadores NO donde el envío de NO (un fuerte antibiótico) podría ser controlado a partir de la exposición de luz. Tal predicción se ha confirmado con la erradicacción exitosa de la Acinetobacter baumannii, que es susceptible de fármacos y resistente a los fármacos, en un modelo de infección de tejido blando a través del envío activado por luz de NO.
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