The materials science of pathological crystals

Chemistry of Materials

Volumn 26, Issue 1, 2014, Pages 477-495

  Poloni, Laura N ^a   Ward, Michael D ^a  

^a NEW YORK UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

atomic force microscopy; calcium oxalate monohydrate; chemical force microscopy; cholesterol crystallization; crystal growth; cystine; cystinuria; gallstones; gout; grazing incidence X ray diffraction; hemozoin; kidney stone; malaria; nucleation; pathological crystallization; uric acid

Indexed keywords

CALCIUM OXALATE MONOHYDRATE; CHEMICAL FORCE MICROSCOPY; CYSTINURIA; GALLSTONES; GOUT; GRAZING INCIDENCE X-RAY DIFFRACTION; HEMOZOIN; KIDNEY STONE; MALARIA; URIC ACIDS;

ATOMIC FORCE MICROSCOPY; BIOLOGICAL ORGANS; CALCIUM; CHARACTERIZATION; CHOLESTEROL; CRYSTAL GROWTH; CYSTINES; DISEASES; DRUG THERAPY; DYES; NUCLEATION; PROTEINS; X RAY DIFFRACTION;

AGGREGATES;

EID: 84892623794     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm402552v     Document Type: Review

References (118)

1. Materials Research Society. MRS-An Introduction; Materials Research Society: Warrendale, PA, 2012; www.mrs.org/mrs-an-introduction/.
2. Weiner, S.; Addadi, L. Annu. Rev. Mater. Res. 2011, 41, 21
3. Taylor, A. R.; Chrachri, A.; Wheeler, G.; Goddard, H.; Brownlee, C. PloS Biol. 2011, 9, 1
4. Calvert, P. MRS Bull. 1992, XVII, 37
5. Dorozhkin, S. V.; Epple, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 3130
6. Bala, Y.; Farlay, D.; Boivin, G. Osteoporosis Int. 2013, 24, 2153
7. Swift, J. A. In Engineering of Crystalline Materials, State of the Art in Modeling, Design and Applications; Novoa, J. J.; Braga, D.; Addadi, L., Eds.; Springer: Dordrecht, the Netherlands, 2008; p 449.
8. Small, D. M. Arterioscler., Thromb., Vasc. Biol. 1988, 8, 103
9. Go, A. S.; Mozaffarian, D.; Roger, V. r. L.; Benjamin, E. J.; Berry, J. D.; Borden, W. B.; Bravata, D. M.; Dai, S.; Ford, E. S.; Fox, C. S.; Franco, S.; Fullerton, H. J.; Gillespie, C.; Hailpern, S. M.; Heit, J. A.; Howard, V. J.; Huffman, M. D.; Kissela, B. M.; Kittner, S. J.; Lackland, D. T.; Lichtman, J. H.; Lisabeth, L. D.; Magid, D.; Marcus, G. M.; Marelli, A.; Matchar, D. B.; McGuire, D. K.; Mohler, E. R.; Moy, C. S.; Mussolino, M. E.; Nichol, G.; Paynter, N. P.; Schreiner, P. J.; Sorlie, P. D.; Stein, J.; Turan, T. N.; Virani, S. S.; Wong, N. D.; Woo, D.; Turner, M. B. Circulation 2013, 127, e6
10. Abela, G. S. J. Clin. Lipidol. 2010, 4, 156
11. Grebe, A.; Latz, E. Curr. Rheumatol. Rep. 2013, 15, 1
12. Venneman, N. G.; van Erpecum, K. J. Gastroenterol. Clin. North Am. 2010, 39, 171
13. Harvey, P. R. C.; Strasberg, S. M. Gallstone Disease; Springer: Berlin, 1990.
14. WHO Global Malaria Programme. World Malaria Report 2012 World Health Organization: Geneva, Switzerland, 2012.
15. Egan, T. J. J. Inorg. Biochem. 2002, 91, 19
16. Pagola, S.; Stephens, P. W.; Bohle, D. S.; Kosar, A. D.; Madsen, S. K. Nature 2000, 404, 307
17. Buller, R.; Peterson, M. L.; Almarsson, O.; Leiserowitz, L. Cryst. Growth Des. 2002, 2, 553
18. Worcester, E. M.; Coe, F. L. N. Engl. J. Med. 2010, 363, 954
19. Scales, C. D., Jr; Smith, A. C.; Hanley, J. M.; Saigal, C. S. Eur. Urol. 2012, 62, 160
20. Coe, F. L.; Parks, J. H.; Asplin, J. R. N. Engl. J. Med. 1992, 327, 1141
21. Xu, H.; Zisman, A. L.; Coe, F. L.; Worcester, E. M. Expert Opin. Pharmacother. 2013, 14, 435
22. Sakhaee, K.; Mallouf, N. M.; Sinnott, B. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2012, 97, 1847
23. Wesson, J. A.; Ward, M. D. Elements 2007, 3, 415
24. Rimer, J. D.; An, Z.; Zhu, Z.; Lee, M. H.; Goldfarb, D. S.; Wesson, J. A.; Ward, M. D. Science 2010, 330, 337
25. Marson, P.; Pasero, G. Reumatismo 2011, 63, 199
26. McCarty, D. J.; Hollander, J. L. Ann. Intern. Med. 1961, 54, 452
27. Marcolongo, R. J. Siena Acad. Sci. 2012, 4, 7
28. Rosenthal, A. K. Curr. Opin. Rheumatol. 2011, 23, 170
29. Lovette, M. A.; Browning, A. R.; Griffin, D. W.; Sizemore, J. P.; Snyder, R. C.; Doherty, M. F. Ind. Eng. Chem. Res. 2008, 47, 9812
30. Hillier, A. C.; Ward, M. D. Phys. Rev. B 1996, 54, 14038
31. Ziblat, R.; Leiserowitz, L.; Addadi, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 3620
32. Kapishnikov, S.; Weiner, A.; Shimoni, E.; Guttmann, P.; Schneider, G.; Dahan-Pasternak, N.; Dzikowski, R.; Leiserowitz, L.; Elbaum, M. Proc. Natl. Acad. Sci. 2012, 109 11188
33. Kaplun, A.; Konikoff, F. M.; Eitan, A.; Rubin, M.; Vilan, A.; Lichtenberg, D.; Gilat, T.; Talmon, Y. Microsc. Res. Tech. 1997, 39, 85
34. Konikoff, F. M.; Danino, D.; Weihs, D.; Rubin, M.; Talmon, Y. Hepatology 2000, 31, 261
35. Rapaport, H.; Kuzmenko, I.; Lafont, S.; Kjaer, K.; Howes, P. B.; Als-Nielsen, J.; Lahav, M.; Leiserowitz, L. Biophys. J. 2001, 81, 2729
36. Solomonov, I.; Weygand, M. J.; Kjaer, K.; Rapaport, H.; Leiserowitz, L. Biophys. J. 2005, 88, 1809
37. Weihs, D.; Schmidt, J.; Goldiner, I.; Danino, D.; Rubin, M.; Talmon, Y.; Konikoff, F. M. J. Lipid Res. 2005, 46, 942
38. Solomoniv, I.; Daillant, J.; Fragneto, G.; Kjaer, K.; Micha, J. S.; Rieutord, F.; Leiserowitz, L. Eur. Phys. J. E 2009, 30, 215
39. Ziblat, R.; Kjaer, K.; Leiserowitz, L.; Addadi, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 8958
40. Ziblat, R.; Leiserowitz, L.; Addadi, L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9920
41. Ziblat, R.; Fargion, I.; Leiserowitz, L.; Addadi, L. Biophys. J. 2012, 103, 255
42. Brown, W. H. J. Exp. Med. 1911, 13, 290
43. Fitch, C. D.; Kanjananggulpan, P. J. Biol. Chem. 1987, 262, 15552
44. Slater, A. F. G.; Swiggard, W. J.; Orton, B. R. Proc. Natl. Acad. Sci. 1991, 88, 325
45. Hartman, P.; Perdok, W. G. Acta Crystallogr. 1955, 8, 49
46. Hartman, P.; Perdok, W. G. Acta Crystallogr. 1955, 8, 521
47. Hartman, P.; Bennema, P. J. Cryst. Growth 1980, 49, 145
48. Egan, T. J. Mol. Biochem. Parasitol. 2008, 157, 127
49. Fitch, C. D.; Cai, G.-z.; Chen, Y.-F.; Shoemaker, J. D. Biochim. Biophys. Acta, Mol. Basis Dis. 1999, 1454, 31
50. Jackson, K. E.; Klonis, N.; Ferguson, D. J. P.; Adisa, A.; Dogovski, C.; Tilley, L. Mol. Microbiol. 2004, 54, 109
51. Pisciotta, J. M.; Coppens, I.; Tripathi, A. K.; Scholl, P. F.; Shuman, J.; Bajad, S.; Shulaev, V.; Sullivan, D. J., Jr. Biochem. J. 2007, 402, 197
52. Goldberg, D. E.; Slater, A. F.; Cerami, A.; Henderson, G. B. Proc. Natl. Acad. Sci. 1990, 87, 2931
53. Egan, T. J.; Chen, J. Y.-J.; de Villiers, K. A.; Mabotha, T. E.; Naidoo, K. J.; Ncokazi, K. K.; Langford, S. J.; McNaughton, D.; Pandiancherri, S.; Wood, B. R. FEBS Lett. 2006, 580, 5105
54. Solomoniv, I.; Osipova, M.; Feldman, Y.; Baehtz, C.; Kjaer, K.; Robinson, I. K.; Webster, G. T.; McHaughton, D.; Wood, B. R.; Weissbuch, I.; Leiserowitz, L. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2615
55. de Villiers, K. A.; Osipova, M.; Mabotha, T. E.; Solomoniv, I.; Feldman, Y.; Kjaer, K.; Weissbuch, I.; Egan, T. J.; Leiserowitz, L. Cryst. Growth Des. 2009, 9, 626
56. Hoang, A. N.; Ncokazi, K. K.; de Villiers, K. A.; Wright, D. W.; Egan, T. J. Dalton Trans. 2010, 39, 1235
57. Kapishnikov, S.; Berthing, T.; Hviid, L.; Dierolf, M.; Menzel, A.; Pfeiffer, F.; Als-Nielsen, J.; Leiserowitz, L. Proc. Natl. Acad. Sci. 2012, 109, 11184
58. Denk, W.; Horstmann, H. PLoS Biol 2004, 2, e329
59. Midgley, P. A.; Dunin-Borkowski, R. E. Nat. Mater. 2009, 8, 271
60. Ward, M. D. Chem. Rev. 2001, 101, 1697
61. Kossel, W. Nachr. Ges. Wiss. Goettingen 1927, 206, 135
62. Stranski, L. N. Z. Phys. Chem. 1928, 136, 259
63. Land, T. A.; De Yoreo, J. J. J. Cryst. Growth 2000, 208, 623
64. Orme, C. A.; Giocondi, J. L. Perspectives on Inorganic, Organic, and Biological Crystal Growth: From Fundamentals to Applications; American Institute of Physics: Melville, NY, 2007, pp 342-362.
65. Carter, P. W.; Hillier, A. C.; Ward, M. D. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 944
66. Elliot, J. S.; Rabinowitz, I. N. J. Urol. 1980, 123, 324
67. Deganello, S.; Piro, O. E. Neues Jahrb. Mineral., Monatsh. 1981, 81
68. Millan, A. Cryst. Growth Des. 2001, 1, 245
69. Guo, S.; Ward, M. D.; Wesson, J. A. Langmuir 2002, 18, 4284
70. Tazzoli, V.; Domeneghetti, C. Am. Mineral. 1980, 65, 327
71. Qiu, S. R.; Wierzbicki, A.; Orme, C. A.; Cody, A. M.; Hoyer, J. R.; Nancollas, G. H.; Zepeda, S.; De Yoreo, J. J. Proc. Natl. Acad. Sci. 2004, 101, 1811
72. Jung, T.; Sheng, X.; Choi, C. K.; Kim, W.-S.; Wesson, J. A.; Ward, M. D. Langmuir 2004, 20, 8587
73. De Yoreo, J. J.; Qiu, S. R.; Hoyer, J. R. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 2006, 291, F1123
74. Qiu, S. R.; Wierzbicki, A.; Salter, E. A.; Zepeda, S.; Orme, C. A.; Hoyer, J. R.; Nancollas, G. H.; Cody, A. M.; De Yoreo, J. J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9036
75. Weaver, M. L.; Qiu, S. R.; Hoyer, J. R.; Casey, W. H.; Nancollas, G. H.; De Yoreo, J. J. ChemPhysChem 2006, 7, 2081
76. Cabrera, N.; Vermilyea, D. A. In Growth and Perfection of Crystals, Proceedings of International Conference on Crystal Growth, Cooperstown, N.Y.; Wiley: New York, 1958; p 393.
77. Chernov, A. A. Modern Crystallography III: Crystal Growth; Springer: New York, 1984.
78. Weaver, M. L.; Qiu, S. R.; Hoyer, J. R.; Casey, W. H.; Nancollas, G. H.; De Yoreo, J. J. J. Cryst. Growth 2007, 306, 135
79. Friddle, R. W.; Weaver, M. L.; Wierzbicki, A.; Casey, W. H.; De Yoreo, J. J. Proc. Natl. Acad. Sci. 2010, 107, 1
80. Harding, J. H.; Duffy, D. M.; Sushko, M. L.; Rodger, P. M.; Quigley, D.; Elliott, J. A. Chem. Rev. 2008, 108, 4823
81. Cho, K. R.; Salter, E. A.; De Yoreo, J. J.; Wierzbicki, A.; Elhadj, S.; Huang, S.; Qiu, S. R. Cryst. Growth Des. 2012, 12, 5939
82. Cho, K. R.; Salter, E. A.; De Yoreo, J. J.; Wierzbicki, A.; Elhadj, S.; Huang, Y.; Qui, S. R. CrystEngComm 2013, 15, 54
83. Variankaval, N.; Cote, A. S.; Doherty, M. F. AIChE J. 2008, 54, 1682
84. Yang, H. G.; Sun, C.; Hua; Qiao, S. Z.; Zou, J.; Liu, G.; Campbell Smith, S.; Cheng, H. M.; Lu, G. Q. Nature 2008, 453, 638
85. Berkovitch-Yellin, Z.; Van Mil, J.; Addadi, L.; Idelson, M.; Lahav, M.; Leiserowitz, L. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3111
86. Ward, M. D.; Rimer, J. D. New York University, New York, U.S.A., 2010.
87. Perrin, C. M.; Dobish, M. A.; Keuren, E. V.; Swift, J. A. CrystEngComm 2011, 13, 1111
88. Perrin, C. M.; Swift, J. A. CrystEngComm 2012, 14, 1709
89. Abendan, R. S.; Swift, J. A. Langmuir 2002, 18, 4847
90. Abendan, R. S.; Swift, J. A. Cryst. Growth Des. 2005, 5, 2146
91. van den Berg, A. A.; van Buul, J. D.; Tytgat, G. N. J.; Groen, A. K.; Ostrow, J. D. J. Lipid Res. 1998, 39, 1744
92. Lonsdale, K. Nature 1968, 217, 56
93. Frincu, M. C.; Sharpe, R. E.; Swift, J. A. Cryst. Growth Des. 2004, 4, 223
94. Frincu, M. C.; Fleming, S. D.; Rohl, A. L.; Swift, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7915
95. Frisbie, C. D.; Rozsnyai, L. F.; Noy, A.; Wrighton, M. S.; Lieber, C. M. Science 1994, 265, 2071
96. Noy, A.; Frisbie, C. D.; Rozsnyai, L. F.; Wrighton, M. S.; Lieber, C. M. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 7943
97. Nuzzo, R. G.; Allara, D. L. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 4481
98. Thomas, R. C.; Tangyunyong, P.; Houston, J. E.; Michalske, T. A.; Crooks, R. M. J.Phys. Chem. 1994, 98, 4493
99. Wesson, J. A.; Worcester, E. M.; Wiessner, J. H.; Mandel, N. S.; Kleinman, J. G. Kidney Int. 1998, 53, 952
100. Sheng, X.; Ward, M. D.; Wesson, J. A. J. Am. Soc. Nephrol. 2005, 16, 1904
101. Sheng, X.; Ward, M. D.; Wesson, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 2854
102. Sheng, X.; Jung, T.; Wesson, J. A.; Ward, M. D. Proc. Natl. Acad. Sci. 2005, 102, 267
103. Ryall, R. L.; Harnett, R. M.; Marshall, V. R. Clin. Chim. Acta 1981, 112, 349
104. da Silva, S. F. R.; Silva, S. L.; Daher, E. F.; Silva Junior, G. B.; Mota, R. M. S.; da Silva, C. A. B. Clin. Chem. Lab. Med. 2009, 47, 561
105. Presores, J. B.; Swift, J. A. Langmuir 2012, 28, 7401
106. Mandal, T.; Ward, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5525
107. Crespo, R.; Rocha, F. A.; Damas, A. M.; Martins, P. M. J. Biol. Chem. 2012, 287, 30585
108. Alzeheimer's Association Alzheimer's Dementia 2013, 9, 615
109. Yip, C. M.; McLaurin, J. Biophys. J. 2001, 80, 1359
110. Grases, F. l.; Costa-Bauz, A. n.; Prieto, R. M. Med. Hypotheses 2010, 74, 118
111. Talaga, P. Mini-Rev. Med. Chem. 2001, 1, 175
112. Milhiet, P.-E.; Yamamoto, D.; Berthoumieu, O.; Dosset, P.; Le Grimellec, C.; Verdier, J.-M.; Marchal, S. p.; Ando, T. PLoS One 2010, 5 e13240
113. Wang, Q.; Yu, X.; Patal, K.; Hu, R.; Chuang, S.; Zhang, G.; Zheng, J. ACS Chem. Neurosci. 2013, 4, 1004
114. Cho, K. R.; Huang, Y.; Yu, S.; Yin, S.; Plomp, M.; Qiu, S. R.; Lakshminarayanan, R.; Moradian-Oldak, J.; Sy, M.-S.; De Yoreo, J. J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8586
115. Nayhouse, M.; Kwon, J. S.-I.; Christofides, P. D.; Orkoulas, G. Chem. Eng. Sci. 2013, 87, 216
116. Fort, J. J.; Krill, S. L.; Law, D.; Qiu, Y.; Schmitt, E. A. United States of America PatentUS 2007/0249692 A1, 2007.
117. Klarenbeek, A.; Maussang, D.; Blanchetot, C.; Saunders, M.; van der Woning, S.; Smit, M.; de Haard, H.; Hofman, E. Drug Discovery Today: Technol. 2012, 9 e237
118. Wang, Y.; Lomakin, A.; Hideshima, T.; Laubach, J. P.; Ogun, O.; Richardson, P. G.; Munshi, N. C.; Anderson, K. C.; Benedek, G. B. Proc. Natl. Acad. Sci. 2012, 109, 13359