Photoswitchable nanoparticles for triggered tissue penetration and drug delivery

Journal of the American Chemical Society

Volumn 134, Issue 21, 2012, Pages 8848-8855

  Tong, Rong ^a,b   Hemmati, Houman D ^b   Langer, Robert ^a   Kohane, Daniel S ^b  

^a Massachusetts Institute of Technology Cambridge   (United States)

^b BOSTON CHILDREN S HOSPITAL   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DISEASE STATE; DRUG RELEASE; MONODISPERSE NANOPARTICLES; NANOPARTICULATE DRUG DELIVERY SYSTEMS; PEGYLATED LIPIDS; PHOTO-SWITCHABLE; PHOTOSWITCHING; PHOTOTRIGGERING; SPATIOTEMPORAL CONTROL; SPIROPYRANS; TISSUE PENETRATIONS; USEFUL PROPERTIES; VOLUME CHANGE;

DISEASE CONTROL; DRUG DELIVERY; NANOPARTICLES;

TISSUE;

CALCEIN; COUMARIN; CYANINE DYE 5; DOCETAXEL; DOXORUBICIN; MEROCYANINE; NANOPARTICLE; PACLITAXEL; PHOTOSENSITIZING AGENT; PROXYMETACAINE; SPIROPYRAN; UNCLASSIFIED DRUG;

ARTICLE; CYTOTOXICITY; DRUG DELIVERY SYSTEM; DRUG PENETRATION; DRUG RELEASE; FEMALE; FLUORESCENCE; HELA CELL; HUMAN; HUMAN CELL; ISOMERIZATION; MALE; PROSTATE CARCINOMA; ULTRAVIOLET RADIATION;

CELL LINE, TUMOR; COLLAGEN; CORNEA; DIFFUSION; DRUG CARRIERS; HUMANS; LIGHT; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR CONFORMATION; NANOPARTICLES; PARTICLE SIZE; PERMEABILITY; SURFACE PROPERTIES;

EID: 84861617065     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja211888a     Document Type: Article

References (82)

1. Langer, R. Acc. Chem. Res. 1993, 26, 537
2. Langer, R.; Folkman, J. Nature 1976, 263, 797
3. Gref, R.; Minamitake, Y.; Peracchia, M. T.; Trubetskoy, V.; Torchilin, V.; Langer, R. Science 1994, 263, 1600
4. Langer, R. Nature 1998, 392, 5
5. Kost, J.; Langer, R. Adv. Drug Delivery Rev. 2001, 46, 125
6. Farokhzad, O. C.; Langer, R. ACS Nano 2009, 3, 16
7. Jain, R. K.; Stylianopoulos, T. Nat. Rev. Clin. Oncol. 2010, 7, 653
8. O?Brien, M. E. R.; Wigler, N.; Inbar, M.; Rosso, R.; Grischke, E.; Santoro, A.; Catane, R.; Kieback, D. G.; Tomczak, P.; Ackland, S. P.; Orlandi, F.; Mellars, L.; Alland, L.; Tendler, C. Ann. Oncol. 2004, 15, 440
9. Gradishar, W. J.; Tjulandin, S.; Davidson, N.; Shaw, H.; Desai, N.; Bhar, P.; Hawkins, M.; O?Shaughnessy, J. J. Clin. Oncol. 2005, 23, 7794
10. Jiang, W.; Kim, B. Y. S.; Rutka, J. T.; Chan, W. C. W. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 145
11. Perrault, S. D.; Walkey, C.; Jennings, T.; Fischer, H. C.; Chan, W. C. W. Nano Lett. 2009, 9, 1909
12. Jain, R. K. J. Controlled Release 1998, 53, 49
13. McKee, T. D.; Grandi, P.; Mok, W.; Alexandrakis, G.; Insin, N.; Zimmer, J. P.; Bawendi, M. G.; Boucher, Y.; Breakefield, X. O.; Jain, R. K. Cancer Res. 2006, 66, 2509
14. Netti, P. A.; Berk, D. A.; Swartz, M. A.; Grodzinsky, A. J.; Jain, R. K. Cancer Res. 2000, 60, 2497
15. Yuan, F.; Leunig, M.; Huang, S. K.; Berk, D. A.; Papahadjopoulos, D.; Jain, R. K. Cancer Res. 1994, 54, 3352
16. Campbell, R. B.; Fukumura, D.; Brown, E. B.; Mazzola, L. M.; Izumi, Y.; Jain, R. K.; Torchilin, V. P.; Munn, L. L. Cancer Res. 2002, 62, 6831
17. Primeau, A. J.; Rendon, A.; Hedley, D.; Lilge, L.; Tannock, I. F. Clin. Cancer Res. 2005, 11, 8782
18. Ouar, Z.; Bens, M.; Vignes, C.; Paulais, M.; Pringel, C.; Fleury, J.; Cluzeaud, F.; Lacave, R.; Vandewalle, A. Biochem. J. 2003, 370, 185
19. Wong, C.; Stylianopoulos, T.; Cui, J. A.; Martin, J.; Chauhan, V. P.; Jiang, W.; Popovic, Z.; Jain, R. K.; Bawendi, M. G.; Fukumura, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 2426
20. Timko, B. P.; Dvir, T.; Kohane, D. S. Adv. Mater. 2010, 22, 4925
21. Youan, B.-B. C. Adv. Drug Delivery Rev. 2010, 62, 898
22. You, S.; Li, W. Med. Hypotheses 2008, 71, 141
23. Jain, R. K. Nat. Med. 2001, 7, 987
24. Netti, P. A.; Baxter, L. T.; Boucher, Y.; Skalak, R.; Jain, R. K. Cancer Res. 1995, 55, 5451
25. Netti, P. A.; Hamberg, L. M.; Babich, J. W.; Kierstead, D.; Graham, W.; Hunter, G. J.; Wolf, G. L.; Fischman, A.; Boucher, Y.; Jain, R. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 3137
26. Yuan, F.; Chen, Y.; Dellian, M.; Safabakhsh, N.; Ferrara, N.; Jain, R. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 14765
27. Yuan, F.; Dellian, M.; Fukumura, D.; Leunig, M.; Berk, D. A.; Torchilin, V. P.; Jain, R. K. Cancer Res. 1995, 55, 3752
28. Tamai, N.; Miyasaka, H. Chem. Rev. 2000, 100, 1875
29. Minkin, V. I. Chem. Rev. 2004, 104, 2751
30. Kawata, S.; Kawata, Y. Chem. Rev. 2000, 100, 1777
31. Berkovic, G.; Krongauz, V.; Weiss, V. Chem. Rev. 2000, 100, 1741
32. Vlassiouk, I.; Park, C. D.; Vail, S. A.; Gust, D.; Smirnov, S. Nano Lett. 2006, 6, 1013
33. Feringa, B. L.; Browne, W. R. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 383
34. Shao, N.; Jin, J. Y.; Wang, H.; Zheng, J.; Yang, R. H.; Chan, W. H.; Abliz, Z. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 725
35. Tyer, N. W.; Becker, R. S. J. Am. Chem. Soc. 1970, 92, 1289
36. Heiligmanrim, R.; Hirshberg, Y.; Fischer, E. J. Phys. Chem. 1962, 66, 2465
37. Matsumoto, M.; Nakazawa, T.; Mallia, V. A.; Tamaoki, N.; Azumi, R.; Sakai, H.; Abe, M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1006
38. Davis, D. A.; Hamilton, A.; Yang, J. L.; Cremar, L. D.; Van Gough, D.; Potisek, S. L.; Ong, M. T.; Braun, P. V.; Martinez, T. J.; White, S. R.; Moore, J. S.; Sottos, N. R. Nature 2009, 459, 68
39. Cabrera, I.; Shvartsman, F.; Veinberg, O.; Krongauz, V. Science 1984, 226, 341
40. Willner, I. Acc. Chem. Res. 1997, 30, 347
41. Lee, H. I.; Wu, W.; Oh, J. K.; Mueller, L.; Sherwood, G.; Peteanu, L.; Kowalewski, T.; Matyjaszewski, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 2453
42. Osborne, E. A.; Jarrett, B. R.; Tu, C. Q.; Louie, A. Y. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5934
43. Zhu, M. Q.; Zhu, L. Y.; Han, J. J.; Wu, W. W.; Hurst, J. K.; Li, A. D. Q. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4303
44. Zhu, L. Y.; Zhu, M. Q.; Hurst, J. K.; Li, A. D. Q. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8968
45. Movia, D.; Prina-Mello, A.; Volkov, Y.; Giordani, S. Chem. Res. Toxicol. 2010, 23, 1459
46. Cheng, J.; Teply, B. A.; Sherifi, I.; Sung, J.; Luther, G.; Gu, F. X.; Levy-Nissenbaum, E.; Radovic-Moreno, A. F.; Langer, R.; Farokhzad, O. C. Biomaterials 2007, 28, 869
47. Kjoniksen, A. L.; Joabsson, F.; Thuresson, K.; Nystrom, B. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 9818
48. Tong, R.; Yala, L.; Fan, T. M.; Cheng, J. Biomaterials 2010, 31, 3043
49. Fang, R. H.; Aryal, S.; Hu, C. M. J.; Zhang, L. F. Langmuir 2010, 26, 16958
50. Malatesta, V.; Neri, C.; Wis, M. L.; Montanari, L.; Millini, R. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3451
51. Klibanov, A. L.; Maruyama, K.; Torchilin, V. P.; Huang, L. FEBS Lett. 1990, 268, 235
52. Popielarski, S. R.; Pun, S. H.; Davis, M. E. Bioconjugate Chem. 2005, 16, 1063
53. Abdelwahed, W.; Degobert, G.; Stainmesse, S.; Fessi, H. Adv. Drug Delivery Rev. 2006, 58, 1688
54. Tong, R.; Yala, L. D.; Fan, T. M.; Cheng, J. J. Biomaterials 2010, 31, 3043
55. Mosmann, T. J. Immunol. Methods 1983, 65, 55
56. Draft Guidance on Doxorubicin Hydrochloride. http://www.fda.gov/ downloads/Drugs/GuidanceComplianceRegulatoryInformation/Guidances/UCM199635.pdf.
57. Baillet, G.; Giusti, G.; Guglielmetti, R. J. Photochem. Photobiol., A 1993, 70, 157
58. Patel, H.; Tscheka, C.; Heerklotz, H. Soft Matter 2009, 5, 2849
59. Petros, R. A.; DeSimone, J. M. Nat. Rev. Drug Discovery 2010, 9, 615
60. Davis, M. E.; Chen, Z.; Shin, D. M. Nat. Rev. Drug Discovery 2008, 7, 771
61. Farokhzad, O. C.; Cheng, J. J.; Teply, B. A.; Sherifi, I.; Jon, S.; Kantoff, P. W.; Richie, J. P.; Langer, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 6315
62. Cao, Z. H.; Tong, R.; Mishra, A.; Xu, W. C.; Wong, G. C. L.; Cheng, J. J.; Lu, Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 6494
63. Chan, J. M.; Zhang, L. F.; Tong, R.; Ghosh, D.; Gao, W. W.; Liao, G.; Yuet, K. P.; Gray, D.; Rhee, J. W.; Cheng, J. J.; Golomb, G.; Libby, P.; Langer, R.; Farokhzad, O. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 2213
64. Dvir, T.; Banghart, M. R.; Timko, B. P.; Langer, R.; Kohane, D. S. Nano Lett. 2010, 10, 250
65. Ramanujan, S.; Pluen, A.; McKee, T. D.; Brown, E. B.; Boucher, Y.; Jain, R. K. Biophys. J. 2002, 83, 1650
66. Sionkowska, A.; Wess, T. Int. J. Biol. Macromol. 2004, 34, 9
67. Vinegoni, C.; Botnaru, I.; Aikawa, E.; Calfon, M. A.; Iwamoto, Y.; Folco, E. J.; Ntziachristos, V.; Weissleder, R.; Libby, P.; Jaffer, F. A. Sci. Transl. Med. 2011, 3, 84ra45
68. Cabral, H.; Matsumoto, Y.; Mizuno, K.; Chen, Q.; Murakami, M.; Kimura, M.; Terada, Y.; Kano, M. R.; Miyazono, K.; Uesaka, M.; Nishiyama, N.; Kataoka, K. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 815
69. Marriott, G.; Mao, S.; Sakata, T.; Ran, J.; Jackson, D. K.; Petchprayoon, C.; Gomez, T. J.; Warp, E.; Tulyathan, O.; Aaron, H. L.; Isacoff, E. Y.; Yan, Y. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 17789
70. Zhu, M. Q.; Zhang, G. F.; Li, C.; Aldred, M. P.; Chang, E.; Drezek, R. A.; Li, A. D. Q. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 365
71. Ntziachristos, V.; Ripoll, J.; Wang, L. V.; Weissleder, R. Nat. Biotechnol. 2005, 23, 313
72. Srinivasan, S.; Pogue, B. W.; Jiang, S.; Dehghani, H.; Kogel, C.; Soho, S.; Gibson, J. J.; Tosteson, T. D.; Poplack, S. P.; Paulsen, K. D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 12349
73. Yoder, E. J.; Kleinfeld, D. Microsc. Res. Tech. 2002, 56, 304
74. Zhu, L. Y.; Wu, W. W.; Zhu, M. Q.; Han, J. J.; Hurst, J. K.; Li, A. D. Q. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 3524
75. Khairutdinov, R. F.; Hurst, J. K. Langmuir 2001, 17, 6881
76. Holden, D. A.; Ringsdorf, H.; Deblauwe, V.; Smets, G. J. Phys. Chem. 1984, 88, 716
77. Gruler, H.; Vilanove, R.; Rondelez, F. Phys. Rev. Lett. 1980, 44, 590
78. Mazeres, S.; Schram, V.; Tocanne, J. F.; Lopez, A. Biophys. J. 1996, 71, 327
79. Khairutdinov, R. F.; Giertz, K.; Hurst, J. K.; Voloshina, E. N.; Voloshin, N. A.; Minkin, V. I. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12707
80. Hu, M.; Chen, J. Y.; Li, Z. Y.; Au, L.; Hartland, G. V.; Li, X. D.; Marquez, M.; Xia, Y. N. Chem. Soc. Rev. 2006, 35, 1084
81. Kong, G.; Braun, R. D.; Dewhirst, M. W. Cancer Res. 2000, 60, 4440
82. Jain, P. K.; Lee, K. S.; El-Sayed, I. H.; El-Sayed, M. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 7238