The yin: An adverse health perspective of nanoceria: Uptake, distribution, accumulation, and mechanisms of its toxicity

Environmental Science: Nano

Volumn 1, Issue 5, 2014, Pages 406-428

  Yokel, Robert A ^a   Hussain, Salik ^b   Garantziotis, Stavros ^b   Demokritou, Philip ^c   Castranova, Vincent ^d,e   Cassee, Flemming R ^f,g  

^a UNIVERSITY OF KENTUCKY   (United States)

^b NATIONAL INSTITUTE OF ENVIRONMENTAL HEALTH SCIENCES   (United States)

^c Clinical Research Unit National Institute of Environmental Health Sciences National Institutes of Health ^*  (United States)

^d NATIONAL INSTITUTE FOR OCCUPATIONAL SAFETY AND HEALTH   (United States)

^e WEST VIRGINIA UNIVERSITY   (United States)

^f NATIONAL INSTITUTE FOR PUBLIC HEALTH AND THE ENVIRONMENT   (Netherlands)

^g UTRECHT UNIVERSITY   (Netherlands)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84922534026     PISSN: 20518153     EISSN: 20518161     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c4en00039k     Document Type: Review

References (137)

1. N. J. Lawrence J. R. Brewer L. Wang T.-S. Wu J. Wells-Kingsbury M. M. Ihrig G. Wang Y.-L. Soo W.-N. Mei C. L. Cheung Nano Lett. 2011 11 2666 2671
2. B. R. Powell R. L. Bloink C. C. Eickel J. Am. Ceram. Soc. 1988 71 C104 C106
3. M. G. Costantini, Evaluation of human health risk from cerium added to diesel fuel, Health Effects Institute, 2001, vol. 9, p. 64
4. B. Park K. Donaldson R. Duffin L. Tran F. Kelly I. Mudway J. P. Morin R. Guest P. Jenkinson Z. Samaras M. Giannouli H. Kouridis P. Martin Inhalation Toxicol. 2008 20 547 566
5. V. D. Kosynkin A. A. Arzgatkina E. N. Ivanov M. G. Chtoutsa A. I. Grabko A. V. Kardapolov N. A. Sysina J. Alloys Compd. 2000 303-304 421 425
6. N. N. Dao M. D. Luu Q. K. Nguyen B. S. Kim Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 2011 2 045013
7. D. Bello J. Martin C. Santeufemio Q. Sun K. L. Bunker M. Shafer P. Demokritou Nanotoxicology 2013 7 989 1003
8. K. Reed A. Cormack A. Kulkarni M. Mayton D. Sayle F. Klaessig B. Stadler Environ. Sci.: Nano 2014 1 10.1039/C4EN00079J
9. H. Zhang X. He Z. Zhang P. Zhang Y. Li Y. Ma Y. Kuang Y. Zhao Z. Chai Environ. Sci. Technol. 2011 45 3725 3730
10. Integrated Laboratory Systems Inc., Chemical information profile for ceric oxide [CAS no. 1306-38-3]. Supporting Nomination for Toxicological Evaluation by the National Toxicology Program, Research Triangle Park, NC, 2006, p. 21
11. Organisation for Economic Co-operation and Development, List of manufactured nanomaterials and list of endpoints for phase one of the sponsorship programme for the testing of manufactured nanomaterials: Revision, in Series on the safety of manufactured nanomaterials, 2010, Number 27, ENV/JM/MONO(2010)46
12. S. Das, S. Seal, J. Erlichman, K. Heckman, E. Traversa, J. McGinnis and W. T. Self, Catalytic properties and biomedical applications of cerium oxide nanoparticles, presented at the SNO Special Workshop I on Nanoceria, to be submitted to Environ. Sci.: Nano
13. R. A. Yokel R. L. Florence J. M. Unrine M. T. Tseng U. M. Graham P. Wu E. A. Grulke R. Sultana S. S. Hardas D. A. Butterfield Nanotoxicology 2009 3 234 248
14. M. Dan M. T. Tseng P. Wu J. M. Unrine E. A. Grulke R. A. Yokel Int. J. Nanomed. 2012 7 4023 4036
15. B. D. Chithrani W. C. Chan Nano Lett. 2007 7 1542 1550
16. S. S. Hardas D. A. Butterfield R. Sultana M. T. Tseng M. Dan R. L. Florence J. M. Unrine U. M. Graham P. Wu E. A. Grulke R. A. Yokel Toxicol. Sci. 2010 116 562 576
17. S. S. Hardas R. Sultana G. Warrier M. F. Dan R. L. P. Wu E. A. Grulke M. T. Tseng J. M. Unrine U. M. Graham R. A. Yokel D. A. Butterfield Neurotoxicology 2012 33 1147 1155
18. R. A. Yokel T. C. Au R. MacPhail S. S. Hardas D. A. Butterfield R. Sultana M. T. Tseng M. Dan R. L. Florence J. M. Unrine U. M. Graham P. Wu E. A. Grulke Toxicol. Sci. 2012 127 256 268
19. S. M. Hirst A. Karakoti S. Singh W. Self R. Tyler S. Seal C. M. Reilly Environ. Toxicol. 2011 1 12
20. S. M. Hirst A. S. Karakoti R. D. Tyler N. Sriranganathan S. Seal C. M. Reilly Small 2009 5 2848 2856
21. A. S. Karakoti N. A. Monteiro-Riviere R. Aggarwal J. P. Davis R. J. Narayan W. T. Self J. McGinnis S. Seal JOM 2008 60 33 37
22. R. A. Yokel M. T. Tseng M. Dan J. M. Unrine U. M. Graham P. Wu E. A. Grulke Nanomed.: Nanotechnol., Biol. Med. 2013 9 398 407
23. S. Rojas J. D. Gispert S. Abad M. Buaki-Sogo V. M. Victor H. Garcia J. R. Herance Mol. Pharmaceutics 2012 9 3543 3550
24. K. L. Heckman W. DeCoteau A. Estevez K. J. Reed W. Costanzo D. Sanford J. C. Leiter J. Clauss K. Knapp C. Gomez P. Mullen E. Rathbun K. Prime J. Marini J. Patchefsky A. S. Patchefsky R. K. Hailstone J. S. Erlichman ACS Nano 2013 7 10582 10596
25. R. A. Yokel J. M. Unrine P. Wu B. Wang E. Grulke Environ. Sci.: Nano 2014 1 10.1039/C4EN00035H
26. M. Dan P. Wu E. A. Grulke U. M. Graham J. M. Unrine R. A. Yokel Nanomedicine 2012 7 95 110
27. B. Wang P. Wu R. A. Yokel E. A. Grulke Appl. Surf. Sci. 2012 258 5332 5341
28. M. Auffan J. Rose T. Orsiere M. de Meo A. Thill O. Zeyons O. Proux A. Masion P. Chaurand O. Spalla A. Botta M. R. Wiesner J.-Y. Bottero Nanotoxicology 2009 3 161 171
29. J. F. Nyland E. K. Silbergeld Hum. Exp. Toxicol. 2009 28 393 400
30. J. E. Riviere Wiley Interdiscip. Rev.: Nanomed Nanobiotechnol. 2009 1 26 34
31. M. Li K. T. Al-Jamal K. Kostarelos J. Reineke ACS Nano 2010 4 6303 6317
32. K. Takada M. Fujita J. Radiat. Res. 1973 14 187 197
33. K. Bjondahl Med. Biol. 1976 54 454 460
34. K. Takada Strahlentherapie 1977 153 195 199
35. C. S. Lustgarten, R. G. Cuddihy, B. B. Boecker and N. Huber, Biliary excretion of cerium-144 following inhalation of cerium-144 citrate by rats, Annual Report of the Inhalation Toxicology Research Institute (Lovelace Biomedical and Environmental Research Institute), 1974, pp. 57-61
36. N. Castellino P. Nizza A. Aeberhardt Int. J. Radiat. Biol. 1962 5 379 399
37. J. G. Graca F. C. Davison J. B. Feavel Arch. Environ. Health 1964 8 555 564
38. M. T. Tseng Q. Fu G. K. Lorc R. Fernandez-Botran Z.-B. Deng U. M. Graham D. A. Butterfield E. A. Grulke R. A. Yokel Toxicol. Pathol. 2014 42 6 984 996
39. M. T. Tseng X. Lu X. Duan S. S. Hardas R. Sultana P. Wu J. M. Unrine U. M. Graham D. A. Butterfield E. A. Grulke R. A. Yokel Toxicol. Appl. Pharmacol. 2012 260 173 182
40. L. L. Wong S. M. Hirst Q. N. Pye C. M. Reilly S. Seal J. F. McGinnis PLoS One 2013 8 e58431
41. S. S. Hardas R. Sultana G. Warrier M. Dan P. Wu E. A. Grulke M. T. Tseng J. M. Unrine U. M. Graham R. A. Yokel D. A. Butterfield Nanotoxicology 2014 8 155 166
42. A. Nel T. Xia L. Madler N. Li Science 2006 311 622 627
43. E. Grulke K. Reed M. Beck X. Huang A. Cormack S. Seal Environ. Sci.: Nano 2014 1 10.1039/C4EN00105B
44. A. Kumar S. Das P. Munusamy W. Self D. R. Baer D. C. Sayle S. Seal Environ. Sci.: Nano 2014 1 10.1039/C4EN00052H
45. U. M. Graham M. T. Tseng J. B. Jasinski R. A. Yokel J. M. Unrine B. H. Davis A. K. Dozier S. S. Hardas R. Sultana E. Grulke D. A. Butterfield ChemPlusChem 2014 79 8 1083 1088
46. X. He H. Zhang Y. Ma W. Bai Z. Zhang K. Lu Y. Ding Y. Zhao Z. Chai Nanotechnology 2010 21 285103
47. W.-S. Cho R. Duffin F. Thielbeer M. Bradley I. L. Megson W. Macnee C. A. Poland C. L. Tran K. Donaldson Toxicol. Sci. 2012 126 469 477
48. G. Oberdörster E. Oberdörster J. Oberdörster Environ. Health Perspect. 2005 113 823 839
49. H. Jung D. B. Kittelson M. R. Zachariah Combust. Flame 2005 142 276 288
50. F. R. Cassee A. Campbell A. J. Boere S. G. McLean R. Duffin P. Krystek I. Gosens M. R. Miller Environ. Res. 2012 115 1 10
51. F. R. Cassee E. C. van Balen C. Singh D. Green H. Muijser J. Weinstein K. Dreher Crit. Rev. Toxicol. 2011 41 213 229
52. U. EPA, Toxicological Review of cerium oxide and cerium compounds (CAS no. 1306-38-3) In support of summary information on the integrated risk information system (IRIS) U.S. Environmental Protection Agency, 2009
53. PROSPECT, Global Nanomaterials Safety, Toxicological review of nano cerium oxide, 2010, p. 27
54. J. P. Berry M. Meignan F. Escaig P. Galle Toxicology 1988 52 127 139
55. P. Galle J. P. Berry C. Galle Environ. Health Perspect. 1992 97 145 147
56. L. K. Limbach Y. Li R. N. Grass T. J. Brunner M. A. Hintermann M. Muller D. Gunther W. J. Stark Environ. Sci. Technol. 2005 39 9370 9376
57. L. Geraets A. G. Oomen J. D. Schroeter V. A. Coleman F. R. Cassee Toxicol. Sci. 2012 127 463 473
58. M. Seipenbusch A. Binder G. Kasper Ann. Occup. Hyg. 2008 52 707 716
59. S. Aalapati S. Ganapathy S. Manapuram G. Anumolu B. M. Prakya Nanotoxicology 2013 8 786 798
60. S. Singh A. Kumar A. Karakoti S. Seal W. T. Self Mol. BioSyst. 2010 6 1813 1820
61. T. Xia M. Kovochich M. Liong L. Madler B. Gilbert H. Shi J. I. Yeh J. I. Zink A. E. Nel ACS Nano 2008 2 2121 2134
62. S. Hussain F. Al-Nsour A. B. Rice J. Marshburn Z. Ji J. I. Zink B. Yingling N. J. Walker S. Garantziotis Int. J. Nanomed. 2012 7 1387 1397
63. S. Hussain F. Al-Nsour A. B. Rice J. Marshburn B. Yingling Z. Ji J. I. Zink N. J. Walker S. Garantziotis ACS Nano 2012 6 5820 5829
64. S. Hussain S. Garantziotis Autophagy 2013 9 101 103
65. G. Kanapilly and R. Luna, Deposition and retention of inhaled condensation aerosols of 144CeO2 in Syrian hamsters, Annual report of the Inhalation Toxicology Research Institute. Lovelace Foundation for Medical Education and Research, Albuquerque, NM, 1975, pp. 79-83, Report no. LF-52
66. J. C. Pairon F. Roos P. Sebastien B. Chamak I. Abd-Alsamad J. F. Bernaudin J. Bignon P. Brochard Am. J. Ind. Med. 1995 27 349 358
67. J. L. Keller, L. Ma Hock, K. Kuettler, V. Strauss, S. Groeters, K. Wiench, B. van Ravenzwaay and R. Landsiedel, 7th International Nanotoxicology Congress, 2014, Abstract # P223
68. A. Srinivas P. J. Rao G. Selvam P. B. Murthy P. N. Reddy Toxicol. Lett. 2011 205 105 115
69. P. Demokritou S. Gass G. Pyrgiotakis J. M. Cohen W. Goldsmith W. McKinney D. Frazer J. Ma D. Schwegler-Berry J. Brain V. Castranova Nanotoxicology 2013 7 1338 1350
70. P. Demokritou R. Buechel R. M. Molina G. M. Deloid J. D. Brain S. E. Pratsinis Inhalation Toxicol. 2010 22 107 116
71. J. Y. Ma R. R. Mercer M. Barger D. Schwegler-Berry J. Scabilloni J. K. Ma V. Castranova Toxicol. Appl. Pharmacol. 2012 262 255 264
72. J. Y. Ma H. Zhao R. R. Mercer M. Barger M. Rao T. Meighan D. Schwegler-Berry V. Castranova J. K. Ma Nanotoxicology 2011 5 312 325
73. H. Zhang Z. Ji T. Xia H. Meng C. Low-Kam R. Liu S. Pokhrel S. Lin X. Wang Y.-P. Liao M. Wang L. Li R. Rallo R. Damoiseaux D. Telesca L. Madler Y. Cohen J. I. Zink A. E. Nel ACS Nano 2012 6 4349 4368
74. V. C. Minarchick P. A. Stapleton D. W. Porter M. G. Wolfarth E. Ciftyurek M. Barger E. M. Sabolsky T. R. Nurkiewicz Cardiovasc. Toxicol. 2013 13 323 337
75. S. K. Nalabotu M. B. Kolli W. E. Triest J. Y. Ma N. D. Manne A. Katta H. S. Addagarla K. M. Rice E. R. Blough Int. J. Nanomed. 2011 6 2327 2335
76. Y. Staal, L. Ma-Hock, H. Muijser, S. Treumann, V. Strauss and R. Landsiedel, The Toxicologist, 2010, PL 1398, 297
77. I. Gosens L. E. A. M. Mathijssen B. G. H. Bokkers H. Muijser F. R. Cassee Nanotoxicology 2014 8 643 653
78. Bio-Research Laboratories for Rhone-Poulenc Inc., Final report for a 90-day inhalation neurotoxicity and toxicity study by exposure to a dry powder aerosol of ceric oxide in the albino rat with cover letter dated 013095, 1994
79. T. J. Brunner P. Wick P. Manser P. Spohn R. N. Grass L. K. Limbach A. Bruinink W. J. Stark Environ. Sci. Technol. 2006 40 4374 4381
80. H. J. Eom J. Choi Toxicol. Lett. 2009 187 77 83
81. S. Mittal A. K. Pandey BioMed Res. Int. 2014 2014 891934
82. B. Rothen-Rutishauser R. N. Grass F. Blank L. K. Limbach C. Muhlfeld C. Brandenberger D. O. Raemy P. Gehr W. J. Stark Environ. Sci. Technol. 2009 43 2634 2640
83. A. S. Karakoti P. Munusamy K. Hostetler V. Kodali S. Kuchibhatla G. Orr J. G. Pounds J. G. Teeguarden B. D. Thrall D. R. Baer Surf. Interface Anal. 2012 44 882 889
84. P. H. Hoet I. Bruske-Hohlfeld O. V. Salata J. Nanobiotechnol. 2004 2 12
85. C. U. Nwokolo J. F. Lewin M. Hudson R. E. Pounder Gastroenterology 1992 102 163 167
86. J. F. Hillyer R. M. Albrecht J. Pharm. Sci. 2001 90 1927 1936
87. P. Jani G. W. Halbert J. Langridge A. T. Florence J. Pharm. Pharmacol. 1990 42 821 826
88. E.-J. Park Y.-K. Park K. Park Toxicol. Res. 2009 25 79 84
89. Y. I. Moskalev Med. Radiol. 1959 4 52 57
90. M. C. Arnold A. R. Badireddy M. R. Wiesner R. T. Di Giulio J. N. Meyer Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2013 65 224 233
91. R. A. Yokel R. C. MacPhail J. Occup. Med. Toxicol. 2011 6
92. B. Park P. Martin C. Harris R. Guest A. Whittingham P. Jenkinson J. Handley Part. Fibre Toxicol. 2007 4 12
93. W. Lin Y. W. Huang X. D. Zhou Y. Ma Int. J. Toxicol. 2006 25 451 457
94. E. J. Park J. Choi Y. K. Park K. Park Toxicology 2008 245 90 100
95. A. Gojova H. S. Jung B. Guo A. I. Barakat I. M. Kennedy Inhalation Toxicol. 2009 21 123 130
96. A. Asati S. Santra C. Kaittanis J. M. Perez ACS Nano 2010 4 5321 5331
97. M. Fall M. Guerbet B. Park F. Gouriou F. Dionnet J.-P. Morin Nanotoxicology 2007 1 227 234
98. B. K. Pierscionek J. Keenan A. Yasseen L. M. Colhoun Y. B. Li R. A. Schachar W. Chen Curr. Anal. Chem. 2010 6 172 176
99. B. K. Pierscionek Y. Li R. A. Schachar W. Chen Nanomedicine 2012 8 383 390
100. L. Alili M. Sack A. S. Karakoti S. Teuber K. Puschmann S. M. Hirst C. M. Reilly K. Zanger W. Stahl S. Das S. Seal P. Brenneisen Biomaterials 2011 32 2918 2929
101. T.-L. Lee J. M. Raitano O. M. Rennert S.-W. Chan W.-Y. Chan Nanomedicine 2012 8 599 608
102. J. Niu K. Wang P. E. Kolattukudy J. Pharmacol. Exp. Ther. 2011 338 53 61
103. A. Clark A. Zhu K. Sun H. R. Petty J. Nanopart. Res. 2011 13 5547 5555
104. C. Menchon R. Martin N. Apostolova V. M. Victor M. Alvaro J. R. Herance H. Garcia Small 2012 8 1895 1903
105. A. Kroll C. Dierker C. Rommel D. Hahn W. Wohlleben C. Schulze-Isfort C. Gobbert M. Voetz F. Hardinghaus J. Schnekenburger Part. Fibre Toxicol. 2011 8 9
106. G. Pyrgiotakis C. O. Blattmann S. Pratsinis P. Demokritou Langmuir 2013 29 11385 11395
107. J. Sumaoka K. Furuki Y. Kojima M. Shibata K. Hirao N. Takeda M. Komiyama Nucleosides, Nucleotides Nucleic Acids 2006 25 523 538
108. M. A. Berg R. S. Coleman C. J. Murphy Phys. Chem. Chem. Phys. 2008 10 1229 1242
109. M. H. Kuchma C. B. Komanski J. Colon A. Teblum A. E. Masunov B. Alvarado S. Babu S. Seal J. Summy C. H. Baker Nanomedicine 2010 6 738 744
110. S. Singh T. Dosani A. S. Karakoti A. Kumar S. Seal W. T. Self Biomaterials 2011 32 6745 6753
111. A. Hayat D. Andreescu G. Bulbul S. Andreescu J. Colloid Interface Sci. 2014 418 240 245
112. H. Katada H. Seino Y. Mizobe J. Sumaoka M. Komiyama JBIC, J. Biol. Inorg. Chem. 2008 13 249 255
113. J. M. Dowding S. Das A. Kumar T. Dosani R. McCormack A. Gupta T. X. T. Sayle D. C. Sayle K. L. von S. Seal W. T. Self ACS Nano 2013 7 4855 4868
114. M. Horie K. Nishio K. Fujita S. Endoh A. Miyauchi Y. Saito H. Iwahashi K. Yamamoto H. Murayama H. Nakano N. Nanashima E. Niki Y. Yoshida Chem. Res. Toxicol. 2009 22 543 553
115. M. Culcasi L. Benameur A. Mercier C. Lucchesi H. Rahmouni A. Asteian G. Casano A. Botta H. Kovacic S. Pietri Chem.-Biol. Interact. 2012 199 161 176
116. Z. Ji X. Wang H. Zhang S. Lin H. Meng B. Sun S. George T. Xia A. E. Nel J. I. Zink ACS Nano 2012 6 5366 5380
117. I. Celardo M. De Nicola C. Mandoli J. Z. Pedersen E. Traversa L. Ghibelli ACS Nano 2011 5 4537 4549
118. A. Thill O. Zeyons O. Spalla F. Chauvat J. Rose M. Auffan A. M. Flank Environ. Sci. Technol. 2006 40 6151 6156
119. S. Das S. Singh J. M. Dowding S. Oommen A. Kumar T. X. T. Sayle S. Saraf C. R. Patra N. E. Vlahakis D. C. Sayle W. T. Self S. Seal Biomaterials 2012 33 7746 7755
120. M. A. Jakupec P. Unfried B. K. Keppler Rev. Physiol., Biochem. Pharmacol. 2005 153 101 111
121. S. George S. Pokhrel T. Xia B. Gilbert Z. Ji M. Schowalter A. Rosenauer R. Damoiseaux K. A. Bradley L. Madler A. E. Nel ACS Nano 2010 4 15 29
122. T. Xia Y. Zhao T. Sager S. George S. Pokhrel N. Li D. Schoenfeld H. Meng S. Lin X. Wang M. Wang Z. Ji J. I. Zink L. Madler V. Castranova S. Lin A. E. Nel ACS Nano 2011 5 1223 1235
123. K. Wegner S. E. Pratsinis Chem. Eng. Sci. 2003 58 4581 4589
124. S. E. Pratsinis AIChE J. 2010 56 3028 3035
125. G. Beaucage H. K. Kammler S. E. Pratsinis J. Appl. Crystallogr. 2004 37 523 535
126. A. Teleki M. C. Heine F. Krumeich M. K. Akhtar S. E. Pratsinis Langmuir 2008 24 12553 12558
127. A. Teleki M. Suter P. R. Kidambi O. Ergeneman F. Krumeich B. J. Nelson S. E. Pratsinis Chem. Mater. 2009 21 2094 2100
128. G. A. Sotiriou A. M. Hirt P.-Y. Lozach A. Teleki F. Krumeich S. E. Pratsinis Chem. Mater. 2011 23 1985 1992
129. G. A. Sotiriou T. Sannomiya A. Teleki F. Krumeich J. Voeroes S. E. Pratsinis Adv. Funct. Mater. 2010 20 4250 4257
130. G. A. Sotiriou D. Franco D. Poulikakos A. Ferrari ACS Nano 2012 6 3888 3897
131. Y. Kobayashi H. Katakami E. Mine D. Nagao M. Konno L. M. Liz-Marzan J. Colloid Interface Sci. 2005 283 392 396
132. Y. Han J. Jiang S. S. Lee J. Y. Ying Langmuir 2008 24 5842 5848
133. K. Xu J.-X. Wang X.-L. Kang J.-F. Chen Mater. Lett. 2008 63 31 33
134. S. Gass J. M. Cohen G. Pyrgiotakis G. A. Sotiriou S. E. Pratsinis P. Demokritou ACS Sustainable Chem. Eng. 2013 1 843 857
135. R. Strobel S. E. Pratsinis J. Mater. Chem. 2007 17 4743 4756
136. R. Jung J. C. Lee G. T. Orosz A. Sulyok G. Zsolt M. Menyhard Surf. Sci. 2003 543 153 161
137. A. Zhu K. Sun H. R. Petty Inorg. Chem. Commun. 2012 15 235 237