25th anniversary article: Interfacing nanoparticles and biology: New strategies for biomedicine

Advanced Materials

Volumn 26, Issue 3, 2014, Pages 359-370

  Tonga, Gulen Yesilbag ^a   Saha, Krishnendu ^a   Rotello, Vincent M ^a  

^a UNIVERSITY OF MASSACHUSETTS   (United States)

Author keywords

bionanotechnology; nano bio interface; nanoparticles; stimuli responsive nanoparticles; surface functionality

Indexed keywords

BIO-SYSTEMS; BIONANOTECHNOLOGY; EXTERIOR SURFACES; IMAGING AGENT; NANOPARTICLE (NPS); STIMULI-RESPONSIVE; SURFACE FUNCTIONALITIES;

BIOLOGICAL SYSTEMS; CELL ENGINEERING; MOLECULAR BIOLOGY; SURFACE CHEMISTRY;

NANOPARTICLES;

DIAGNOSTIC AGENT; DRUG CARRIER; NANOMATERIAL; NANOPARTICLE; PROTEIN;

ANIMAL; CELLS; CHEMISTRY; HISTORY; HUMAN; NANO-BIO INTERFACE; NANOBIOTECHNOLOGY; REVIEW; STIMULI RESPONSIVE NANOPARTICLES; SURFACE FUNCTIONALITY; SURFACE PROPERTY;

BIONANOTECHNOLOGY; NANO-BIO INTERFACE; NANOPARTICLES; STIMULI RESPONSIVE NANOPARTICLES; SURFACE FUNCTIONALITY;

ANIMALS; ANNIVERSARIES AND SPECIAL EVENTS; CELLS; DRUG CARRIERS; HUMANS; NANOPARTICLES; NANOSTRUCTURES; PROTEINS; SURFACE PROPERTIES;

EID: 84892514307     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.201303001     Document Type: Review

References (111)

1. a) R. A. Petros, J. M. DeSimone, Nat. Rev. Drug Discov. 2010, 9, 615
2. b) B. Duncan, C. Kim, V. M. Rotello, J. Control. Release 2010, 148, 122.
3. a) Z. Popovic, W. H. Liu, V. P. Chauhan, J. Lee, C. Wong, A. B. Greytak, N. Insin, D. G. Nocera, D. Fukumura, R. K. Jain, M. G. Bawendi, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 8649
4. b) F. Erogbogbo, K. T. Yong, R. Hu, W. C. Law, H. Ding, C. W. Chang, P. N. Prasad, M. T. Swihart, ACS Nano, 2010, 9, 5131.
5. a) W. J. Stark, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1242
6. b) D. F. Moyano, V. M. Rotello, Langmuir 2011, 27, 10376.
7. a) K. Saha, A. Bajaj, B. Duncan, V. M. Rotello, Small 2011, 7, 1903
8. b) V. Mirshafiee, M. Mahmoudi, K. Lou, J. J. Cheng, M. L. Kraft, Chem. Commun. 2013, 49, 2557.
9. T. Pellegrino, S. Kudera, T. Liedl, A. M. Javier, L. Manna, W. J. Parak, Small 2005, 1, 48.
10. a) K. Saha, S. T. Kim, B. Yan, O. R. Miranda, F. S. Alfonso, D. Shlosman, V. M. Rotello, Small 2013, 9, 300
11. b) A. Verma, F. Stellacci, Small 2010, 6, 12
12. c) Y. K. Gong, F. M. Winnik, Nanoscale 2012, 4, 360.
13. a) S. T. Kim, K. Saha, C. Kim, V. M. Rotello, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 681
14. b) A. E. Nel, L. Madler, D. Velegol, T. Xia, E. M. V. Hoek, P. Somasundaran, F. Klaessig, V. Castranova, M. Thompson, Nature Mater. 2009, 8, 543
15. c) A. Albanese, P. S. Tang, W. C. W. Chan, Annu. Rev. Biomed. Eng. 2012, 14, 1.
16. a) T. L. Doane, C. Burda, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 2885
17. b) B. Fadeel, A. E. Garcia-Bennett, Adv. Drug Deliv. Rev. 2010, 62, 362.
18. J. Xie, G. Liu, H. S. Eden, H. Ai, X. Chen, Acc. Chem. Res. 2011, 44, 883.
19. a) S. Ganta, H. Devalapally, A. Shahiwala, M. Amiji, J. Control. Release 2008, 126, 187
20. b) O. J. Cayre, N. Chagneux, S. Biggs, Soft Matter 2011, 7, 2211.
21. H. Yin, A. D. Hamilton, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4130.
22. a) M. De, O. R. Miranda, S. Rana, V. M. Rotello, Chem. Commun. 2009, 16, 2157
23. b) L. Calzolai, F. Franchini, D. Gilliland, F. Rossi, Nano Lett. 2010, 10, 3101.
24. N. O. Fischer, C. M. McIntosh, J. M. Simard, V. M. Rotello, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 5018.
25. A. Verma, J. M. Simard, V. M. Rotello, Langmuir 2004, 20, 4178.
26. N. O. Fischer, A. Verma, C. M. Goodman, J. M. Simard, V. M. Rotello, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 13387.
27. a) S. S. Bale, S. J. Kwon, D. A. Shah, A. Banerjee, J. S. Dordick, R. S. Kane, ACS Nano 2010, 4, 1493
28. b) D. A. Shah, S. J. Kwon, S. S. Bale, A. Banerjee, J. S. Dordick, R. S. Kane, Biomaterials 2011, 32, 3210
29. c) I. I. Slowing, B. G. Trewyn, V. S. Y. Lin, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8845.
30. R. Hong, N. O. Fischer, A. Verma, C. M. Goodman, T. Emrick, V. M. Rotello, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 739.
31. C. C. You, M. De, V. M. Rotello, Org. Lett. 2005, 7, 5685.
32. C. C. You, M. De, G. Han, V. M. Rotello, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12873.
33. a) H. J. Dong, A. Mukaiyama, T. Tadokoro, Y. C. Koga, K. Takano, S. Kanaya, J. Mol. Biol. 2008, 378, 264
34. b) A. Sethuraman, G. Belfort, Biophys. J. 2005, 88, 1322.
35. M. De, C. C. You, S. Srivastava, V. M. Rotello, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10747.
36. Z. J. Deng, M. T. Liang, M. Monteiro, I. Toth, R. F. Minchin, Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 39.
37. M. De, V. M. Rotello, Chem. Commun. 2008, 30, 3504.
38. a) C. D. Walkey, W. C. W. Chan, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 2780
39. b) M. P. Monopoli, C. Aberg, A. Salvati, K. A. Dawson, Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 779.
40. A. Gessner, A. Lieske, B. R. Paulke, R. H. Müller, J. Biomed. Mater. Res. A 2003, 65A, 319.
41. A. Gessner, A. Lieske, B. R. Paulke, R. H. Müller, Eur. J. Pharm. Biopharm. 2002, 54, 165.
42. A. Gessner, R. Waicz, A. Lieske, B. R. Paulke, K. Mader, R. H. Müller, Int. J. Pharm. 2000, 196, 245.
43. T. Cedervall, I. Lynch, S. Lindman, T. Berggard, E. Thulin, H. Nilsson, K. A. Dawson, S. Linse, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 2050.
44. S. Lindman, I. Lynch, E. Thulin, H. Nilsson, K. A. Dawson, S. Linse, Nano Lett. 2007, 7, 914.
45. T. Cedervall, I. Lynch, M. Foy, T. Berggad, S. C. Donnelly, G. Cagney, S. Linse, K. A. Dawson, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5754.
46. Y. Yonamine, K. Yoshimatsu, S. H. Lee, Y. Hoshino, Y. Okahata, K. J. Shea, ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 374.
47. K. Knop, R. Hoogenboom, D. Fischer, U. S. Schubert, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6288.
48. J. Fang, H. Nakamura, H. Maeda, Adv. Drug Deliv. Rev. 2011, 63, 136.
49. C. D. Walkey, J. B. Olsen, H. B. Guo, A. Emili, W. C. W. Chan, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2139.
50. T. Tagami, Y. Uehara, N. Moriyoshi, T. Ishida, H. Kiwada, J. Control. Release 2011, 151, 149.
51. a) I. Hamad, A. C. Hunter, K. J. Rutt, Z. Liu, H. Dai, S. M. Moghimi, Mol. Immunol. 2008, 45, 3797
52. b) A. J. Andersen, J. T. Robinson, H. J. Dai, A. C. Hunter, T. L. Andresen, S. M. Moghimi, ACS Nano 2013, 7, 1108
53. c) I. Hamad, O. Al-Hanbali, A. C. Hunter, K. J. Rutt, T. L. Andresen, S. M. Moghimi, ACS Nano 2010, 4, 6629.
54. a) G. Cheng, Z. Zhang, S. F. Chen, J. D. Bryers, S. Y. Jiang, Biomaterials 2007, 28, 4192
55. b) L. Zhang, H. Xue, Z. Q. Cao, A. Keefe, J. N. Wang, S. Y. Jiang, Biomaterials 2011, 32, 4604.
56. a) V. V. Breus, C. D. Heyes, K. Tron, G. U. Nienhaus, ACS Nano 2009, 3, 2573
57. b) E. Muro, T. Pons, N. Lequeux, A. Fragola, N. Sanson, Z. Lenkei, B. Dubertret, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4556.
58. W. Yang, L. Zhang, S. L. Wang, A. D. White, S. Y. Jiang, Biomaterials 2009, 30, 5617.
59. N. Q. Zhan, G. Palui, H. Grise, H. L. Tang, I. Alabugin, H. Mattoussi, ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 2861.
60. S. S. Agasti, A. Chompoosor, C. C. You, P. Ghosh, C. K. Kim, V. M. Rotello, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5728.
61. R. R. Arvizo, O. R. Miranda, D. F. Moyano, C. A. Walden, K. Giri, R. Bhattacharya, J. D. Robertson, V. M. Rotello, J. M. Reid, P. Mukherjee, Plos One 2011, 6, e24374.
62. H.-S. Han, J. D. Martin, J. Lee, D. K. Harris, D. Fukumura, R. K. Jain, M. Bawendi, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1414.
63. J. J. Green, E. Chiu, E. S. Leshchiner, J. Shi, R. Langer, D. G. Anderson, Nano Lett. 2007, 7, 874.
64. V. Biju, D. Muraleedharan, K. Nakayama, Y. Shinohara, T. Itoh, Y. Baba, M. Ishikawa, Langmuir 2007, 23, 10254.
65. H. Mok, J. W. Park, T. G. Park, Bioconjugate Chem. 2008, 19, 797.
66. L. L. Sun, D. J. Liu, Z. X. Wang, Langmuir 2008, 24, 10293.
67. P. Nativo, I. A. Prior, M. Brust, ACS Nano 2008, 2, 1639.
68. B. Kang, M. A. Mackey, M. A. El-Sayed, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1517.
69. A. L. Martin, L. M. Bernas, B. K. Rutt, P. J. Foster, E. R. Gillies, Bioconjugate Chem. 2008, 19, 2375.
70. a) E. C. Cho, J. W. Xie, P. A. Wurm, Y. N. Xia, Nano Lett. 2009, 9, 1080
71. b) J. Park, J. Nam, N. Won, H. Jin, S. Jung, S. Jung, S. H. Cho, S. Kim, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1558.
72. a) X. Y. Shi, T. P. Thomas, L. A. Myc, A. Kotlyar, J. R. Baker, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 5712
73. b) C. Wilhelm, C. Billotey, J. Roger, J. N. Pons, J. C. Bacri, F. Gazeau, Biomaterials 2003, 24, 1001
74. c) A. Villanueva, M. Canete, A. G. Roca, M. Calero, S. Veintemillas-Verdaguer, C. J. Serna, M. D. Morales, R. Miranda, Nanotechnology 2009, 20, 115103
75. d) P. C. Patel, D. A. Giljohann, W. L. Daniel, D. Zheng, A. E. Prigodich, C. A. Mirkin, Bioconjugate Chem. 2010, 21, 2250.
76. L. J. Mortensen, G. Oberdorster, A. P. Pentland, L. A. DeLouise, Nano Lett. 2008, 8, 2779.
77. D. Zheng, D. A. Giljohann, D. L. Chen, M. D. Massich, X. Q. Wang, H. Iordanov, C. A. Mirkin, A. S. Paller, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 11975.
78. B. Kim, G. Han, B. J. Toley, C. K. Kim, V. M. Rotello, N. S. Forbes, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 465.
79. S. Lorenz, C. P. Hauser, B. Autenrieth, C. K. Weiss, K. Landfester, V. Mailander, Macromol. Biosci. 2010, 10, 1034.
80. Z. J. Zhu, T. Posati, D. F. Moyano, R. Tang, B. Yan, R. W. Vachet, V. M. Rotello, Small 2012, 8, 2659.
81. B. P. Timko, T. Dvir, D. S. Kohane, Adv. Mater. 2010, 22, 4925.
82. J. Lu, E. Choi, F. Tamanoi, J. I. Zink, Small 2008, 4, 421.
83. N. Z. Kneževic̈, B. G. Trewyn, V. S.-Y. Lin, Chem. Commun. 2011, 47, 2817.
84. C. J. Carling, F. Nourmohammadian, J. C. Boyer, N. R. Branda, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 3782.
85. B. Yan, J. C. Boyer, D. Habault, N. R. Branda, Y. Zhao, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16558.
86. Y. Yang, Q. Shao, R. Deng, C. Wang, X. Teng, K. Cheng, Z. Cheng, L. Huang, Z. Liu, X. Liu, B. Xing, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 3125.
87. a) W. Zhou, M. P. Valley, J. Shultz, E. M. Hawkins, L. Bernad, T. Good, D. Good, T. L. Riss, D. H. Klaubert, K. V. Wood, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3122
88. b) G. Niu, Z. Xiong, Z. Cheng, W. Cai, S. Gambhir, X. Chen, Mol. Imaging Biol. 2007, 9, 126.
89. J. M. Rosenholm, E. Peuhu, J. E. Eriksson, C. Sahlgren, M. Linden, Nano Lett. 2009, 9, 3308.
90. S. Manju, K. Sreenivasan, Langmuir 2011, 27, 14489.
91. J. Lu, M. Liong, J. I. Zink, F. Tamanoi, Small 2007, 3, 1341.
92. a) K. Müller-Dethlefs, P. Hobza, Chem. Rev. 2000, 100, 143
93. b) T. T. Morgan, H. S. Muddana, E. I. Altinoglu, S. M. Rouse, A. Tabakovic, T. Tabouillot, T. J. Russin, S. S. Shanmugavelandy, P. J. Butler, P. C. Eklund, J. K. Yun, M. Kester, J. H. Adair, Nano Lett. 2008, 8, 4108.
94. Y. Cheng, A. C. Samia, J. Li, M. E. Kenney, A. Resnick, C. Burda, Langmuir 2010, 26, 2248.
95. C. K. Kim, P. Ghosh, C. Pagliuca, Z. J. Zhu, S. Menichetti, V. M. Rotello, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1360.
96. a) R. A. Cardone, V. Casavola, S. J. Reshkin, Nat. Rev. Cancer 2005, 5, 786
97. b) E. S. Lee, Z. G. Gao, Y. H. Bae, J. Control. Release 2008, 132, 164.
98. V. Knorr, V. Russ, L. Allmendinger, M. Ogris, E. Wagner, Bioconjugate Chem. 2008, 19, 1625.
99. Y. Lee, K. Miyata, M. Oba, T. Ishii, S. Fukushima, M. Han, H. Koyama, N. Nishiyama, K. Kataoka, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 5163.
100. H. S. Yoo, E. A. Lee, T. G. Park, J. Control. Release 2002, 82, 17.
101. F. Wang, Y.-C. Wang, S. Dou, M.-H. Xiong, T.-M. Sun, J. Wang, ACS Nano 2011, 5, 3679.
102. S. Dhar, W. L. Daniel, D. A. Giljohann, C. A. Mirkin, S. J. Lippard, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14652.
103. E.-K. Lim, Y.-M. Huh, J. Yang, K. Lee, J.-S. Suh, S. Haam, Adv. Mater. 2011, 23, 2436.
104. J. Kim, J. E. Lee, S. H. Lee, J. H. Yu, J. H. Lee, T. G. Park, T. Hyeon, Adv. Mater. 2008, 20, 478.
105. M. Xue, X. Zhong, Z. Shaposhnik, Y. Q. Qu, F. Tamanoi, X. F. Duan, J. I. Zink, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8798.
106. R. Liu, Y. Zhang, X. Zhao, A. Agarwal, L. J. Mueller, P. Feng, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1500.
107. R. Liu, P. Liao, J. Liu, P. Feng, Langmuir 2011, 27, 3095.
108. R. de la Rica, D. Aili, M. M. Stevens, Adv. Drug Deliv. Rev. 2012, 64, 967.
109. K. Patel, S. Angelos, W. R. Dichtel, A. Coskun, Y.-W. Yang, J. I. Zink, J. F. Stoddart, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2382.
110. Y. Itoh, M. Matsusaki, T. Kida, M. Akashi, Biomacromolecules 2006, 7, 2715.
111. C. Wong, T. Stylianopoulos, J. Cui, J. Martin, V. P. Chauhan, W. Jiang, Z. Popovic, R. K. Jain, M. G. Bawendi, D. Fukumura, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011, 108, 2426.