Nanoparticles as antimicrobial agents: Their toxicity and mechanisms of action

Journal of Nanoscience and Nanotechnology

Volumn 14, Issue 1, 2014, Pages 946-957

  Herman, Anna ^a   Herman, Andrzej Przemysław ^b  

^a Academy of Cosmetics and Health Care   (Poland)

^b KIELANOWSKI INSTITUTE OF ANIMAL PHYSIOLOGY AND NUTRITION   (Poland)

Author keywords

Antibiotic; Antimicrobial agents; Mechanism of action; Nanoparticles; Toxicology

Indexed keywords

ANTI-BACTERIAL AGENTS; BACTERIAL STRAINS; DRUG-RESISTANT BACTERIA; MECHANISM OF ACTION; TOXICOLOGY;

ANTIBIOTICS; ANTIMICROBIAL AGENTS; CHEMOTHERAPY; TOXICITY;

NANOPARTICLES;

ANTIINFECTIVE AGENT; NANOPARTICLE;

ANIMAL; BACTERIAL PHENOMENA AND FUNCTIONS; CELL FUNCTION; CELL SURVIVAL; CHEMISTRY; DRUG EFFECT; HUMAN; REVIEW; SYNTHESIS;

ANIMALS; ANTI-INFECTIVE AGENTS; BACTERIAL PHYSIOLOGICAL PHENOMENA; CELL PHYSIOLOGICAL PHENOMENA; CELL SURVIVAL; HUMANS; NANOPARTICLES;

EID: 84893774215     PISSN: 15334880     EISSN: 15334899     Source Type: Journal    
DOI: 10.1166/jnn.2014.9054     Document Type: Review

References (134)

1. M. G. Guzmán, J. Dille, and S. Godet, Int. J. Chemic. Biol. Eng. 2, 104 (2009).
2. P. K. Giri, S. Bhattacharyya, B. Chetia, S. Kumari, D. K. Singh, and P. K. Iyer, J. Nanosci. Nanotech. 1, 1 (2011).
3. J. Y. Song and B. S. Kim, Bioprocess Biosyst. Eng. 32, 79 (2009).
4. H. A. Salam, P. Rajiv, M. Kamaraj, P. Jagadeeswaran, S. Gunalan, and R. Sivaraj, Int. Res. J. Biol. Sci. 1, 85 (2012).
5. D. Mandal, M. E. Bolander, D. Mukhopadhyay, G. Sarkar, and P. Mukherjee, Appl. Microbiol. Biotechnol. 69, 485 (2006).
6. K. Natarajan, S. Selvaraj, and V. R. Mmurty, Digest J. Nanomater. Biostructur. 5, 135 (2010).
7. G. S. Shekhawat and V. Arya, Adv. Mat. Res. 67, 295 (2009).
8. M. Kowshik, S. Ashtaputre, S. Kharrazi, W. Vogel, J. Urban, S. K. Kulkarni, and K. M. Paknikar, Nanotech. 14, 95 (2003).
9. D. Nipane, S. R. Thakare, and N. T. Khati, Int. J. Knowledge Eng. 3, 168 (2012).
10. K. Kairemo, P. Erba, K. Bergström, and E. K. J. Pauwels, Curr. Radiopharm. 1, 30 (2008).
11. M. S. Mesiha, M. B. Sidhom, and B. Fasipe, Int. J. Pharmac. 288, 289 (2005).
12. H. S. Park, K. H. Kim, S. Jang, J. W. Park, H. R. Cha, J. E. Lee, J. O. Kim, S. Y. Kim, C. S. Lee, J. P. Kim, and S. S. Jung, Int. J. Nanomed. 5, 505 (2010).
13. B. S. Zolnik, A. Gonzalez-Fernandez, N. Sadrieh, and M. A. Dobrovolskaia, Endocrinol. 151, 458 (2010).
14. L. Zhang, D. Pornpattananangkul, C. M. J. Hu, and C. M. Huang, Curr. Med. Chem. 17, 585 (2010).
15. M. J. Hajipour, K. M. Fromm, A. A. Ashkarran, D. J. de Aberasturi, I. R. de Larramendi, T. Rojo, V. Serpooshan, W. J. Parak, and M. Mahmoudi, Trends Biotechnol. 30, 499 (2012).
16. I. Sondi and B. Salopek-Sondi, J. Colloid Interface Sci. 275, 177 (2004).
17. N. Padmavathy and R. Vijayaraghavan, Sci. Technol. Adv. Mater. doi: 10-1088/1468-6996/9/3/035004 (2008).
18. S. Pal, Y. K. Tak, and J. M. Song, Appl. Environ. Microbiol. 73, 1712 (2007).
19. K. Soo-Hwan, H. S. Lee, D. S. Ryu, S. J. Choi, and D. S. Lee, Korean J. Microbiol. Biotechnol. 39, 77 (2011).
20. K. Keuk-Jun, W. S. Sung, S. K. Moon, J. S. Choi, J. G. Kim, and D. G. Lee, J. Microbiol. Biotechnol. 18, 1482 (2008).
21. D. K. Tiwari, J. Behari1, and P. Sen, Curr. Sci. 95, 647 (2008).
22. A. Azam, A. S. Ahmed, M. Oves, M. S. Khan, and A. Memic, Int. J. Nanomed. 7, 3527 (2012).
23. N. Jones, B. Ray, K. T. Ranjit, and A. C. Manna, FEMS Microbiol. Lett. 279, 71 (2008).
24. A. Rai, A. Prabhune, and C. C. Perry, J. Mater. Chem. 20, 6789 (2010).
25. G. Ren, D. Hu, E. W. C. Cheng, M. A. Vargas-Reus, P. Reip, and R. P. Allaker, Int. J. Antimicrob. Agents 33, 587 (2009).
26. D. Jain, H. K. Daima, S. Kachhwaha, and S. L. Kothari, Digest J. Nanomater. Biostructur. 4, 723 (2009).
27. G. Yamini SudhaLakshmi, Biochem. Bioinformatic. 5, 334 (2011).
28. S. Rajeshkumar, C. Kannan, and G. Annadurai, Int. J. Pharm. Bio. Sci. 3, 502 (2012).
29. I. M. El-Sherbiny, E. Salih, and F. M. Reicha, J. Nanostruct. Chem. 3, 1 (2013).
30. R. Geethalakshmi and D. V. L. Sarada, Int. J. Eng. Sci. Technol. 2, 970 (2010).
31. M. Amin, F. Anwar, M. R. S. A. Janjua, M. A. Iqbal, and U. Rashid, Int. J. Mol. Sci. 13, 9923 (2012).
32. A. Singh, D. Jain, M. K. Upadhyay, N. Khandelwal, and H. N. Verma, Digest J. Nanomater. Biostructur. 5, 483 (2010).
33. N. Phuphansri, A. Jimtaisong, and S. Mookriang, First Mae Fah Luang University International Conference, Chiang Rai, Thailand (2012).
34. A. I. El-Batal, A. A. M. Hashem, and N. M. Abdelbaky, Springer-Plus 2, 129 (2013).
35. S. Gunalan, R. Sivaraj, and V. Rajendran, Nat. Sci: Materials Int. 22, 693 (2012).
36. A. K. Gade, P. Bonde, A. P. Ingle, P. D. Marcato, N. Durán, and M. K. Rai, J. Biobased Mat. Bioenergy 2, 243 (2008).
37. G. Sagar and B. Ashok, European J. Exp. Biol. 2, 1654 (2012).
38. A. Prakash, S. Sharma, N. Ahmad, A. Ghosh, and P. Sinha, J. Biomater. Nanobiotech. 2, 156 (2011).
39. S. Sunkar and C. V. Nachiyar, Asian Pacific J. Trop. Biomed. 2, 953 (2012).
40. P. Jeevan, K. Ramya, and A. E. Rena, Indian J. Biotech. 5, 72 (2012).
41. A. I. El-Batal, M. A. Amin, M. M. K. Shehata, and M. M. A. Hallol, World App. Sci. J. 22, 1 (2013).
42. S. Silambarasan and A. Jayanthi, Res. J. Biotech. 8, 71 (2013).
43. S. Roy, T. Mukherjee, S. Chakraborty, and T. K. Das, Digest J. Nanomater. Biostructures 8, 197 (2013).
44. R. Derika, S. Elumalai, E. Manikandan, and D. Eswaramoorthy, Open Access Scientific Reports 1, 1 (2012).
45. H. P. de Oliveira, L. S. Cavalcanti, N. B. Cavalcanti, E. de Nascimento, S. F. Pascholati, L. F. P. Gusmão, A. G. C. Macêdo, and M. M. da Costa, African J. Biotech. 2, 2917 (2013).
46. R. Singh and H. S. Nalwa, J. Biomed. Nanotechnol. 7, 489 (2011).
47. M. Rai and A. Yadav, Biotechnol. Adv. 27, 76 (2009).
48. H. L. Humberto, E. N. Garza-Treviño, L. Ixtepan-Turrent, and D. K. Singh, J. Nanobiotech. 9, 30 (2011).
49. J. R. Scott and T. C. Barnett, Annu. Rev. Microbiol. 60, 397 (2006).
50. K. M. Reddy, F. Kevin, B. Jason, G. W. Denise, H. Cory, and P. Alex, J. Appl. Phys. Lett. 90, 1 (2007).
51. A. Selahattin and K. R. Ramazan, Tr. J. Med. Sci. 28, 595 (1998).
52. Z. Emami-Karvani and P. Chehrazi, African J. Microbiol. Res. 5, 1368 (2011).
53. O. Yamamoto, Int. J. Inorg. Mater. 3, 643 (2011).
54. J. R. Morones, J. L. Elechiguerra, A. Camacho, K. Holt, J. B. Kouri, J. T. Ramirez, and M. J. Yacaman, Nanotech. 16, 2346 (2005).
55. A. Panacek, L. Kvitek, R. Prucek, M. Kolar, R. Vecerova, N. Pizurova, V. K. Sharma, T. Nevecna, and R. Zboril, J. Phys. Chem. 110, 16248 (2006).
56. V. Li, Z. Homan, S. K. Bhargava, and V. Bansal, Proceedings of the Chemeca, Engineering at the Edge, Barton, Australia (2010).
57. B. Sadeghi, F. S. Garmaroudi, M. Hashemi, H. R. Nezhad, A. Nasrollahi, S. Ardalan, and S. Ardalan, Adv. Powder Technol. 23, 22 (2012).
58. J. Lellouche, E. Kahana, S. Elias, A. Gedanken, and E. Banin, Biomater. 30, 5969 (2009).
59. A. Nanda and M. Saravanan, Nanomed. Nanotech. Biol. Med. 5, 452 (2009).
60. M. Saravanan and A. Nanda, Coll. Surfaces B Biointerfaces 77, 214 (2009).
61. A. Ingle, A. Gade, S. Pierrat, C. Sonnichsen, and M. Rai, Curr. Nanosci. 4, 141 (2008).
62. J. P. Ruparelia, A. K. Chatterjee, S. P. Duttagupta, and S. Mukherji, Acta Biomater. 4, 707 (2008).
63. F. Martinez-Gutierrez, P. L. Olive, A. Banuelos, E. Orrantia, N. Nino, E. M. Sanchez, F. Ruiz, H. Bach, and Y. Av-Gay, Nanomed. 6, 681 (2010).
64. M. Banoee, S. Seif, Z. E. Nazari, P. Jafari-Fesharaki, H. R. Shahverdi, A. Moballegh, K. M. Moghaddam, and A. R. Shahverdi, J. Biomed. Mater. Res. Part B: App Biomater. 93, 557 (2010).
65. J. Jain, S. Arora, J. M. Rajwade, P. Omray, S. Khandelwal, and K. M. Paknikar, Mol. Pharmaceutics 6, 1388 (2009).
66. A. R. Shahverdi, A. Fakhimi, H. R. Shahverdi, and S. Minaian, Nanomed. Nanotech. Biol. Med. 3, 168 (2007).
67. A. M. Fayaz, K. Balaji, M. Girilal, R. Yadav, P. T. Kalaichelvan, and R. Venketesan, Nanomed. Nanotech. Biol. Med. 6, 103 (2010).
68. S. S. Birla, V. V. Tiwari, A. K. Gade, A. P. Ingle, A. P. Yadav, and M. K. Rai, Lett. Appl. Microbiol. 48, 173 (2009).
69. S. Ghosh, S. Patil, M. Ahire, R. Kitture, S. Kale, K. Pardesi, S. S. Cameotra, J. Bellare, D. D. Dhavale, A. Jabgunde, and B. A. Chopade, Int. J. Nanomed. 7, 483 (2012).
70. S. R. Bonde, D. P. Rathod, A. P. Ingle, R. B. Ade, A. K. Gade, and M. K. Rai, Nanosci. Meth. 1, 25 (2012).
71. M. Gajbhiye, J. Kesharwani, A. Ingle, A. Gade, and M. Rai, Nanomed. 5, 382 (2009).
72. H. Pinto-Alphandary, A. Andremont and P. Couvreur, Int. J. Antimicrob. Agents 13, 155 (2000).
73. A. J. Huh and Y. J. Kwon, J. Control. Release 156, 128 (2011).
74. D. B. Vieira and A. M. Carmona-Ribeiro, J. Nanobiotech. 6, 6 (2008).
75. S. C. Abeylath, E. Turos, S. Dickey, and D. V. Lim, Bioorg. Med. Chem. 16, 2412 (2008).
76. G. Mohammadi, H. Valizadeh, M. Barzegar-Jalali, F. Lotfipour, K. Adibkia, M. Milani, M. Azhdarzadeh, and F. Kiafar, Coll. Surf. B Biointerfaces 80, 34 (2010).
77. C. B. Walker, Periodontol 2000, 12 (1996).
78. I. Sondi and B. Salopek-Sondi, J. Colloid Interface Sci. 275, 177 (2004).
79. T. Jin, D. Sun, Y. Su, H. Zhang, and H. J. Sue, J. Food Sci. 74, 46 (2009).
80. N. Stobie, B. Duffy, D. E. McCormack, J. Colreavy, M. Hidalgo, and P. McHale, Biomater. 29, 963 (2008).
81. Q. L. Feng, J. Wu, G. Q Chen, F. Z. Cui, and T. N. Kim, J. Biomed. Mater. Res. 52, 662 (2000).
82. M. Yamanaka, K. Hara, and J. Kudo, Appl. Environ. Microbiol. 71, 7589 (2005).
83. C. Marambio-Jones and E. M. V. Hoek, J. Nanoparticle Res., 12, 1531 (2010).
84. R. Brayner, R. Ferrari-Iliou, N. Brivois, S. Djediat, M. F. Benedetti, and F. Fievet, Nano Lett. 6, 866 (2006).
85. H. H. Lara, N. V. Ayala-Núñez, L. del Carmen Ixtepan Turrent, and C. Rodríguez Padilla, World J. Microbiol. Biotech. 26, 615 (2010).
86. W. R. Li, X. B. Xie, Q. S. Shi, S. S. Duan, Y. S. Ouyang, and Y. B. Chen, BioMetals. 24, 135 (2011).
87. W. R. Li, X. B. Xie, Q. S. Shi, H. Y. Zeng, Y. S. OU-Yang, and Y. B. Chen, App. Microbiol. Biotech. 85, 1115 (2010).
88. H. Xu, F. Qu, H. Xu, W. Lai, A. Y. Wang, and Z. P. Aguilar, Biometals 25, 45 (2012).
89. M. Sadiq, B. Chowdhury, N. Chandrasekaran, and A. Mukherjee, Nanomed. Nanotech. Biol. Med. 5, 282 (2009).
90. Y. Li, W. Zhang and J. Niu, ACS Nano 6, 5164 (2012).
91. U. Samuel and J. P. Guggenbichler, Int. J. Antimicrob. Agents 23, 75 (2004).
92. N. Ki-Young, J. Adv. Prosthodont. 3, 20 (2011).
93. U. Klueh, V. Wagner, S. Kelly, A. Johnson, and J. D. Bryers, J. Biomed. Mater. Res. 53, 621 (2011).
94. C. Gaidaua, A. Peticab, C. Ciobanuc and T. Martinecu, Romanian Biotech. Lett. 14, 4665 (2009).
95. J. Tian, K. K. Wong, C. M. Ho, C. N. Lok, W. Y. Yu, C. M. Che, J. F. Chiu, and P. K. Tam, Chem. Med. Chem. 2, 129 (2007).
96. A. P. Rodrigues Magalhães, L. Barbosa Santos, L. Gonzaga Lopes, C. Rodrigues de Araújo Estrela, C. Estrela, E. M. Torres, A. Figueiroa Bakuzis, P. Carvalho Cardoso, and M. Santos Carrião, ISRN Nanotech. 2012, 6 (2012).
97. D. R. Monteiro, L. F. Gorup, A. S. Takamiya, A. C. Ruvollo-Filho, E. R. de Camargo, and D. B. Barbosa, Int. J. Antimicrob. Agents 34, 103 (2009).
98. A. El-Ansary and S. Al-Daihan, J. Toxicol. 2009, 1 (2009).
99. S. H. Lee, H. R. Lee, Y. R. Kim, and M. K. Kim, Toxicol. Environ. Health Sci. 4, 14 (2012).
100. Y. J. Kim, H. S. Choi, M. K. Song, D. Y. Youk, J. P. Kim and J. C. Ryu, Mol. Cell. Toxicol. 5, 172 (2009).
101. C. Carlson, S. M. Hussain, A. M. Schrand, L. K. Braydich-Stolle, K. L. Hess, R. L. Jones, and J. J. Schlager, J. Phys. Chem. B 112, 13608 (2008).
102. V. Sharma, S. K. Singh, D. Anderson, D. J. Tobin, and A. Dhawan, J. Nanosci. Nanotechnol. 11, 3782 (2011).
103. N. M. Schaeublin, L. K. Braydich-Stolle, E. I. Maurer, K. Park, R. I. MacCuspie, A. R. M. N. Afrooz, R. A. Vaia, N. B. Saleh, and S. M. Hussain, Langmuir 28, 3248 (2012).
104. A. Jaeger, D. G. Weiss, and L. Jonas, Toxicol. 296, 27 (2012).
105. Y. Yoshihisa, A. Honda, Q. L. Zhao, T. Makino, R. Abe, K. Matsui, H. Shimizu, Y. Miyamoto, T. Kondo, and T. Shimizu, Exp. Dermatol. 19, 1000 (2010).
106. H. Nabeshi, T. Yoshikawa, K. Matsuyama Y. Nakazato, A. Arimori, M. Isobe, S. Tochigi, S. Kondoh, T. Hirai, and T. Akase, Pharmazie 65, 199 (2010).
107. P. Or.owski, M. Krzy.zowska, A. Winnicka, A. Chwalibog, and E. Sawosz, Centr. Eur. J. Immunol. 37, 123 (2012).
108. H. L. Karlsson, P. Cronholm, J. Gustafsson, and L. Moller, Chem. Res. Toxicol. 21, 1726 (2008).
109. N. A. Monteiro-Riviere, S. J. Oldenburg, and A. O. Inman, J. App. Toxicol. 30, 276 (2010).
110. S. Lu, D. Xia, D. G. Huang, H. Jing, Y. Wang, and H. Gu, Coll. Surfaces B: Biointerfaces 81, 406 (2010).
111. J. Ponti, E. Sabbioni, B. Munaro, F. Broggi, P. Marmorato, F. Franchini, R. Colognato, and F. Rossi, Mutagenesis 24, 439 (2009).
112. S. Dey, V. Bakthavatchalu, M. T. T. Peng Wu, R. L. Florence, E. A. Grulke, R. A. Yokel, S. K. Dhar, H. S. Yang, Y. Chen, and D. K. St Clair, Carcinogenesis 29, 1920 (2008).
113. S. Arora, J. Jain, J. M. Rajwade, and K. M. Paknikar, Toxicol. Lett. 179, 93 (2008).
114. S. Quignard, G. Mosser, M. Boissiere, and T. Cora, Biomater. 33, 4431 (2012).
115. M. Simon, P. Barberet, M. H. Delville, P. Moretto, and H. Seznec, Nanotoxicol. 5, 125 (2011).
116. H. J. Johnston, G. Hutchison, F. M. Christensen, S. Peters, S. Hankin, and V. A. Stone, Crit. Rev. Toxicol. 40, 328 (2010).
117. G. Oberdorster, E. Oberdorster, and J. Oberdorster, Environ. Health Perspect. 113, 823 (2005).
118. E. I. Alarcon, K. Udekwu, M. Skog, N. L. Pacioni, K. G. Stamplecoskie, M. Gonzalez-Bejar, N. Polisetti, A. Wickham, A. Richter-Dahlfors, and J. C. Scaiano, Biomater. 33, 4947 (2012).
119. M. Senzui, T. Tamura, K. Miura, Y. Ikarashi, Y. Watanabe, and M. Fujii, J. Toxicol. Sci. 35, 107 (2010).
120. B. Baroli, M. G. Ennas, F. Loffredo, M. Isola, R. Pinna, and M. A. Lopez-Quintela, J. Investigat. Dermatol. 127, 1701 (2007).
121. L. L. Lin, J. E. Grice, M. K. Butler, A. V. Zvyagin, W. Becker, T. A. Robertson, H. P. Soyer, M. S. Roberts, and T. W. Prow, Pharmaceutical Res. 28, 2920 (2011).
122. M. H. Tan, C. A. Commens, L. Burnett, and P. J. Snitch, Australas J. Dermatol. 37, 185 (1996).
123. F. L. Filon, M. Crosera, G. Adami, M. Bovenzi, F. Rossi, and G. Maina, Nanotoxicol. 5, 493 (2011).
124. B. Kiss, T. Biro, G. Czifra, B. I. Toth, Z. Kertesz, Z. Szikszai, A. Z. Kiss, I. Juhasz, C. C. Zouboulis, and J. Hunyadi, Exp. Dermatol. 17, 659 (2008).
125. J. Lademann, H. J. Weigmann, C. H. Rickmeier, H. Barthelmes, H. Schaefer, and G. W. Mueller, Skin Pharmacol. Appl. Skin Physiol. 2, 247 (1999).
126. D. C. Liu, A. P. Raphael, D.Sundh, J. E. Grice, H. P. Soyer, M. S. Roberts, and T. W. Prow, J. Nanomaterials 2012, 1 (2012).
127. F. F. Larese F. D'Agostin, M. Crosera, G. Adami, N. Renzi, M. Bovenzi, and G. Maina, Toxicol. 225, 33 (2009).
128. S. E. Cross, B. Innes, M. S. Roberts, T. Tsuzuki, T. A. Robertson, and P. McCormick, Skin Pharmacol Physiol. 20, 148 (2007).
129. F. Rancan, Q. Gao, C. Graf, S. Troppens, S. Hadam, S. Hackbarth, C. Kembuan, U. Blume-Peytavi, E. Ruhl, J. Lademann, and A. Vogt, ACS Nano 6, 6829 (2012).
130. C. Graf, M. Meinke, Q. Gao, S. Hadam, J. Raabe, W. Sterry, U. Blume-Peytavi, J. Lademann, E. Ruhl, and A. Vogt, J. Biomed. Opt. 14, 021015 (2009).
131. E. I. Park, E. Bae, J. Yi, Y. Kim, K. Choi, S. H. Lee, J. Yoon, B. C. Lee, and K. Park, Environ. Toxicol. Pharmacol. 30, 162 (2010).
132. J. H. Sung, J. H. Ji, J. D. Park, M. Y. Song, K. S. Song, H. R. Ryu, J. U. Yoon, K. S. Jeon, J. Jeong, B. S. Han, Y. H. Chung, H. K. Chang, J. H. Lee, D. W. Kim, B. J. Kelman, and I. J. Yu, Particle Fibre Toxicol. 8, 16 (2011).
133. P. Maneewattanapinyo, W. Banlunara, C. Thammacharoen, S. Ekgasit, and T. Kaewamatawong, J. Vet. Med. Sci. 73, 1417 (2011).
134. W. H. De Jong, W. I. Hagens, P. Krystek, M. C. Burger, A. J. A. M. Sips, and R. E. Geertsma, Biomater. 29, 1912 (2008).