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Co-assembled nanocomplexes comprising epigallocatechin gallate and berberine for enhanced antibacterial activity against multidrug resistant Staphylococcus aureus - 23/05/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114856 
Tingting Zheng a, Mengyao Cui a, Huan Chen a, Jinrui Wang a, Hanyi Ye a, Qianqian Zhang a, Shuhui Sun a, Yifan Feng a, Yinghua Zhang b, Wei Liu b, Renping Chen b, Ying Li a, c, d, e, , Zhengqi Dong a, c, d, e,
a Drug Delivery Research Center, Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing 100193, China 
b Jilin Provincial Academy of Chinese Medicine, Changchun 130012, China 
c Key Laboratory of Bioactive Substances and Resources Utilization of Chinese Herbal Medicine, Ministry of Education, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing 100094, China 
d Key Laboratory of New Drug Discovery Based on Classic Chinese Medicine Prescription, Beijing 100700, China 
e Beijing Key Laboratory of Innovative Drug Discovery of Traditional Chinese Medicine (Natural Medicine) and Translational Medicine, Beijing 100700, China 

Corresponding authors at: Drug Delivery Research Center, Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing 100193, China.Drug Delivery Research Center, Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical CollegeBeijing100193China

Abstract

Berberine (BBR), a major alkaloid in Coptis chinensis, and (-)-epigallocatechin-3-gallate (EGCG), a major catechin in green tea, are two common phytochemicals with numerous health benefits, including antibacterial efficacy. However, the limited bioavailability restricts their application. Advancement in the co-assembly technology to form nanocomposite nanoparticles precisely controls the morphology, electrical charge, and functionalities of the nanomaterials. Here, we have reported a simple one-step method for preparing a novel nanocomposite BBR-EGCG nanoparticles (BBR-EGCG NPs). These BBR-EGCG NPs exhibit improved biocompatibility and greater antibacterial effects both in vitro and in vivo relative to free-BBR and first-line antibiotics (i.e., benzylpenicillin potassium and ciprofloxacin). Furthermore, we demonstrated a synergistic bactericidal effect for BBR when combined with EGCG. We also evaluated the antibacterial activity of BBR and the possible synergism with EGCG in MRSA-infected wounds. A potential mechanism for synergism between S. aureus and MRSA was also explored through ATP determination, the interaction between nanoparticles and bacteria, and, then, transcription analysis. Furthermore, our experiments on S. aureus and MRSA confirmed the biofilm-scavenging effect of BBR-EGCG NPs. More importantly, toxicity analysis revealed that the BBR-EGCG NPs had no toxic effects on the major organs of mice. Finally, we proposed a green method for the fabrication of BBR-EGCG combinations, which may provide an alternative approach to treating infections with MRSA without using antibiotics.

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Graphical Abstract




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Highlights

Berberine (BBR) and epigallocatechin gallate (EGCG) can co-assembled into nanoparticles via π-π stacking.
The S. aureus and MRSA killing effect of BBR-EGCG NPs is better than that of Benzylpenicillin Potassium and ciprofloxacin.
BBR-EGCG NPs can effectively heal the wounds of mice infected by MRSA.
BBR-EGCG NPs has low toxicity and has no adverse effect on mouse organs.

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Keywords : EGCG, BBR, Co-assembly, Nanocomposites, Antibacterial activity


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