Bioactive surface modification of metal oxides via catechol-bearing modular peptides: Multivalent-binding, surface retention, and peptide bioactivity

Journal of the American Chemical Society

Volumn 136, Issue 46, 2014, Pages 16357-16367

  Tang, Wen ^a   Policastro, Gina M ^a   Hua, Geng ^a   Guo, Kai ^a,b   Zhou, Jinjun ^a   Wesdemiotis, Chrys ^a,b   Doll, Gary L ^a   Becker, Matthew L ^a  

^a University of Akron   (United States)

^b UNIVERSITY OF AKRON   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BINDING ENERGY; BIOACTIVE GLASS; BIOCHEMISTRY; CELL CULTURE; DENDRIMERS; PHENOLS; QUARTZ; QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCES; SYNTHESIS (CHEMICAL); TITANIUM DIOXIDE;

BINDING AFFINITIES; BIOACTIVE PEPTIDES; BONE SIALOPROTEINS; INORGANIC MATERIALS; ORTHOPAEDIC IMPLANTS; OSTEOGENIC GROWTH PEPTIDES; QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCE WITH DISSIPATION; SOLID PHASE SYNTHESIS;

PEPTIDES;

BONE SIALOPROTEIN; CATECHOL; HYDROXYAPATITE; OSTEOCALCIN; OSTEOGENIC GROWTH PEPTIDE; PEPTIDE; TITANIUM DIOXIDE; UNCLASSIFIED DRUG; ALKALINE PHOSPHATASE; CATECHOL DERIVATIVE; DENDRIMER; HISTONE; IMMOBILIZED PROTEIN; MINERAL; SIGNAL PEPTIDE; TITANIUM;

ADSORPTION; ARTICLE; BINDING AFFINITY; BIOAVAILABILITY; BIOLOGICAL ACTIVITY; CHEMICAL STRUCTURE; ENZYME IMMOBILIZATION; IN VITRO STUDY; QUARTZ CRYSTAL MICROBALANCE; SOLID PHASE SYNTHESIS; SURFACE PROPERTY; SYNTHESIS; 3T3 CELL LINE; ANIMAL; BONE DEVELOPMENT; CELL ADHESION; CELL DIFFERENTIATION; CELL PROLIFERATION; CHEMISTRY; DRUG EFFECTS; METABOLISM; MOUSE; PH;

3T3 CELLS; ADSORPTION; ALKALINE PHOSPHATASE; ANIMALS; CATECHOLS; CELL ADHESION; CELL DIFFERENTIATION; CELL PROLIFERATION; DENDRIMERS; HISTONES; HYDROGEN-ION CONCENTRATION; IMMOBILIZED PROTEINS; INTERCELLULAR SIGNALING PEPTIDES AND PROTEINS; MICE; MINERALS; OSTEOGENESIS; SURFACE PROPERTIES; TITANIUM;

EID: 84912553489     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja508946h     Document Type: Article

References (75)

1. Hersel, U.; Dahmen, C.; Kessler, H. Biomaterials 2003, 24, 4385
2. Moore, N. M.; Lin, N. J.; Gallant, N. D.; Becker, M. L. Biomaterials 2010, 31, 1604
3. He, X.; Ma, J.; Jabbari, E. Langmuir 2008, 24, 12508
4. Moore, N. M.; Lin, N. J.; Gallant, N. D.; Becker, M. L. Acta Biomater. 2011, 7, 2091
5. Tsurkan, M. V.; Chwalek, K.; Prokoph, S.; Zieris, A.; Levental, K. R.; Freudenberg, U.; Werner, C. Adv. Mater. 2013, 25, 2606
6. Kim, J.; Kim, I. S.; Cho, T. H.; Lee, K. B.; Hwang, S. J.; Tae, G.; Noh, I.; Lee, S. H.; Park, Y.; Sun, K. Biomaterials 2007, 28, 1830
7. Shekaran, A.; Garcia, J. R.; Clark, A. Y.; Kavanaugh, T. E.; Lin, A. S.; Guldberg, R. E.; Garcia, A. J. Biomaterials 2014, 35, 5453
8. Garty, S.; Kimelman-Bleich, N.; Hayouka, Z.; Cohn, D.; Friedler, A.; Pelled, G.; Gazit, D. Biomacromolecules 2010, 11, 1516
9. Lin, F.; Zheng, J.; Yu, J.; Zhou, J.; Becker, M. L. Biomacromolecules 2013, 14, 2857
10. Sargeant, T. D.; Rao, M. S.; Koh, C. Y.; Stupp, S. I. Biomaterials 2008, 29, 1085
11. Khoo, X.; Hamilton, P.; O'Toole, G. A.; Snyder, B. D.; Kenan, D. J.; Grinstaff, M. W. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 10992
12. Micksch, T.; Liebelt, N.; Scharnweber, D.; Schwenzer, B. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 7408
13. Amin Yavari, S.; van der Stok, J.; Chai, Y. C.; Wauthle, R.; Tahmasebi Birgani, Z.; Habibovic, P.; Mulier, M.; Schrooten, J.; Weinans, H.; Zadpoor, A. A. Biomaterials 2014, 35, 6172
14. Hisbergues, M.; Vendeville, S.; Vendeville, P. J. Biomed. Mater. Res., Part B 2009, 88B, 519
15. Patil, S.; Sandberg, A.; Heckert, E.; Self, W.; Seal, S. Biomaterials 2007, 28, 4600
16. Das, M.; Patil, S.; Bhargava, N.; Kang, J. F.; Riedel, L. M.; Seal, S.; Hickman, J. J. Biomaterials 2007, 28, 1918
17. Pankhurst, Q. A.; Connolly, J.; Jones, S. K.; Dobson, J. J. Phys. D: Appl. Phys. 2003, 36, R167
18. Meyers, S. R.; Grinstaff, M. W. Chem. Rev. 2011, 112, 1615
19. Pan, J.; Liao, H.; Leygraf, C.; Thierry, D.; Li, J. J. Biomed. Mater. Res. 1998, 40, 244
20. Jung, H.-D.; Yook, S.-W.; Han, C.-M.; Jang, T.-S.; Kim, H.-E.; Koh, Y.-H.; Estrin, Y. J. Biomed. Mater. Res., Part B 2014, 102, 913
21. Bronk, J. K.; Russell, B. H.; Rivera, J. J.; Pasqualini, R.; Arap, W.; Hook, M.; Barbu, E. M. Acta Biomater. 2014, 10, 3354
22. VandeVondele, S.; Voros, J.; Hubbell, J. A. Biotechnol. Bioeng. 2003, 82, 784
23. Christensen, T. J.; Annis, P.; Hohl, J. B.; Patel, A. A. Spine J. 2014, 14, E23
24. Carragee, E. J.; Hurwitz, E. L.; Weiner, B. K. Spine J. 2011, 11, 471
25. Cahill, K. S.; Chi, J. H.; Day, A.; Claus, E. B. JAMA, J. Am. Med. Assoc. 2009, 302, 58
26. Chen, N. F.; Smith, Z. A.; Stiner, E.; Armin, S.; Sheikh, H.; Khoo, L. T. J. Neurosurg.: Spine 2010, 12, 40
27. Balasundaram, G.; Yao, C.; Webster, T. J. J. Biomed. Mater. Res., Part A 2008, 84A, 447
28. Wall, I.; Donos, N.; Carlqvist, K.; Jones, F.; Brett, P. Bone 2009, 45, 17
29. Bagno, A.; Piovan, A.; Dettin, M.; Chiarion, A.; Brun, P.; Gambaretto, R.; Fontana, G.; Di Bello, C.; Palu, G.; Castagliuolo, I. Bone 2007, 40, 693
30. Seol, Y. J.; Park, Y. J.; Lee, S. C.; Kim, K. H.; Lee, J. Y.; Kim, T. I.; Lee, Y. M.; Ku, Y.; Rhyu, I. C.; Han, S. B.; Chung, C. P. J. Biomed. Mater. Res., Part A 2006, 77A, 599
31. Lee, H.; Dellatore, S. M.; Miller, W. M.; Messersmith, P. B. Science 2007, 318, 426
32. Liu, L.-M.; Li, S.-C.; Cheng, H.; Diebold, U.; Selloni, A. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 7816
33. Ye, Q.; Zhou, F.; Liu, W. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 4244
34. Yu, J.; Wei, W.; Menyo, M. S.; Masic, A.; Waite, J. H.; Israelachvili, J. N. Biomacromolecules 2013, 14, 1072
35. Wei, Q.; Becherer, T.; Noeske, P.-L. M.; Grunwald, I.; Haag, R. Adv. Mater. 2014, 26, 2688
36. Matos-Pérez, C. R.; White, J. D.; Wilker, J. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9498
37. Sedó, J.; Saiz-Poseu, J.; Busqué, F.; Ruiz-Molina, D. Adv. Mater. 2013, 25, 653
38. Lee, H.; Lee, K. D.; Pyo, K. B.; Park, S. Y.; Lee, H. Langmuir 2010, 26, 3790
39. Na, H. B.; Palui, G.; Rosenberg, J. T.; Ji, X.; Grant, S. C.; Mattoussi, H. ACS Nano 2011, 6, 389
40. Gulley-Stahl, H.; Hogan, P. A.; Schmidt, W. L.; Wall, S. J.; Buhrlage, A.; Bullen, H. A. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 4116
41. Connor, P. A.; Dobson, K. D.; McQuillan, A. J. Langmuir 1995, 11, 4193
42. Gillich, T.; Benetti, E. M.; Rakhmatullina, E.; Konradi, R.; Li, W.; Zhang, A.; Schlüter, A. D.; Textor, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10940
43. Ham, H. O.; Park, S. H.; Kurutz, J. W.; Szleifer, I. G.; Messersmith, P. B. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13015
44. Lee, J. S.; Lee, J. S.; Wagoner-Johnson, A.; Murphy, W. L. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 6266
45. Lee, J. S.; Wagoner Johnson, A. J.; Murphy, W. L. Adv. Mater. 2010, 22, 5494
46. Lu, Y.; Lee, J. S.; Nemke, B.; Graf, B. K.; Royalty, K.; Illgen, R., III; Vanderby, R., Jr.; Markel, M. D.; Murphy, W. L. PLoS One 2012, 7, e50378
47. Zhu, H. B.; Guo, D. Z.; Yang, S. J.; Zhang, Y. H.; Wang, H.; Guo, H. T.; Zhang, Y.; Cheng, D. C. Vet. Med. (Prague, Czech Repub.) 2008, 53, 501
48. Badjic, J. D.; Nelson, A.; Cantrill, S. J.; Turnbull, W. B.; Stoddart, J. F. Acc. Chem. Res. 2005, 38, 723
49. Fasting, C.; Schalley, C. A.; Weber, M.; Seitz, O.; Hecht, S.; Koksch, B.; Dernedde, J.; Graf, C.; Knapp, E.-W.; Haag, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 10472
50. Baldini, L.; Casnati, A.; Sansone, F.; Ungaro, R. Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 254
51. Helms, B. A.; Reulen, S. W. A.; Nijhuis, S.; de Graaf-Heuvelmans, P.; Merkx, M.; Meijer, E. W. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11683
52. Mammen, M.; Choi, S. K.; Whitesides, G. M. Angew. Chem., Int. Ed. 1998, 37, 2755
53. Marradi, M.; Chiodo, F.; Garcia, I.; Penades, S. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 4728
54. Griffin, J. H.; Linsell, M. S.; Nodwell, M. B.; Chen, Q. Q.; Pace, J. L.; Quast, K. L.; Krause, K. M.; Farrington, L.; Wu, T. X.; Higgins, D. L.; Jenkins, T. E.; Christensen, B. G.; Judice, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 6517
55. Boas, U.; Heegaard, P. M. H. Chem. Soc. Rev. 2004, 33, 43
56. Helms, B. A.; Reulen, S. W. A.; Nijhuis, S.; Graaf-Heuvelmans, P. T. H. M. d.; Merkx, M.; Meijer, E. W. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11683
57. Hong, S.; Leroueil, P. R.; Majoros, I. J.; Orr, B. G.; Baker, J. R., Jr.; Holl, M. M. B. Chem. Biol. 2007, 14, 107
58. Tang, W.; Ma, Y. R.; Xie, S. B.; Guo, K.; Katzenmeyer, B.; Wesdemiotis, C.; Becker, M. L. Biomacromolecules 2013, 14, 3304
59. Kramer, R. H.; Karpen, J. W. Nature 1998, 395, 710
60. Zanini, D.; Roy, R. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 2088
61. Gestwicki, J. E.; Cairo, C. W.; Strong, L. E.; Oetjen, K. A.; Kiessling, L. L. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 14922
62. Bastings, M. M. C.; Helms, B. A.; van Baal, I.; Hackeng, T. M.; Merkx, M.; Meijer, E. W. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 6636
63. Huskens, J.; Mulder, A.; Auletta, T.; Nijhuis, C. A.; Ludden, M. J. W.; Reinhoudt, D. N. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6784
64. Krishnamurthy, V. M.; Semetey, V.; Bracher, P. J.; Shen, N.; Whitesides, G. M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1312
65. Greenberg, Z.; Chorev, M.; Muhlrad, A.; Shteyer, A.; Namdarattar, M.; Casap, N.; Tartakovsky, A.; Vidson, M.; Bab, I. J. Clin. Endocrinol. Metab. 1995, 80, 2330
66. Chen, Z. X.; Chang, M.; Peng, Y. L.; Zhao, L.; Zhan, Y. R.; Wang, L. J.; Wang, R. Regul. Pept. 2007, 142, 16
67. Saska, S.; Scarel-Caminaga, R. M.; Teixeira, L. N.; Franchi, L. P.; dos Santos, R. A.; Gaspar, A.; de Oliveira, P. T.; Rosa, A.; Takahashi, C.; Messaddeq, Y.; Ribeiro, S. J. L.; Marchetto, R. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 2012, 23, 2253
68. Stakleff, K. S.; Lin, F.; Callahan, L. A. S.; Wade, M. B.; Esterle, A.; Miller, J.; Graham, M.; Becker, M. L. Acta Biomater. 2013, 9, 5132
69. Horii, A.; Wang, X. M.; Gelain, F.; Zhang, S. G. PLoS One 2007, 2, 9
70. Lu, T. L.; Chen, T.; Zhai, Y. K.; Ma, Y. F.; Xiao, Y. H. Soft Mater. 2014, 12, 79
71. Gumbiner, B. M. Cell 1996, 84, 345
72. Ganss, B.; Kim, R. H.; Sodek, J. Crit. Rev. Oral Biol. Med. 1999, 10, 79
73. Lee, N. K.; Sowa, H.; Hinoi, E.; Ferron, M.; Ahn, J. D.; Confavreux, C.; Dacquin, R.; Mee, P. J.; McKee, M. D.; Jung, D. Y.; Zhang, Z.; Kim, J. K.; Mauvais-Jarvis, F.; Ducy, P.; Karsenty, G. Cell 2007, 130, 456
74. Hessle, L.; Johnson, K. A.; Anderson, H. C.; Narisawa, S.; Sali, A.; Goding, J. W.; Terkeltaub, R.; Millan, J. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002, 99, 9445
75. Puchtler, H.; Meloan, S. N.; Terry, M. S. J. Histochem. Cytochem. 1969, 17, 110