Particle-based optical sensing of intracellular ions at the example of calcium - What are the experimental pitfalls?

Small

Volumn 11, Issue 8, 2015, Pages 896-904

  Kantner, Karsten ^a   Ashraf, Sumaira ^a   Carregal Romero, Susana ^a,b   Carrillo Carrion, Carolina ^a   Collot, Mayeul ^c   Del Pino, Pablo ^b   Heimbrodt, Wolfram ^a   De Aberasturi, Dorleta Jimenez ^a,b   Kaiser, Uwe ^a   Kazakova, Lyubov I ^d   Lelle, Marco ^e   De Baroja, Natalia Martinez ^b   Montenegro, Jose Maria ^a,h   Nazarenus, Moritz ^a   Pelaz, Beatriz ^a   Peneva, Kalina ^e   Gil, Pilar Rivera ^a   Sabir, Nadeem ^a   Schneider, Lorenz Maximilian ^a   Shabarchina, Lyudmila I ^d   Sukhorukov, Gleb B ^f   Vazquez, Margarita ^a,g   Yang, Fang ^a   Parak, Wolfgang J ^a,b   more..

^a PHILIPPS UNIVERSITY MARBURG   (Germany)

^b CIC BIOMAGUNE   (Spain)

^c ECOLE NORMALE SUPÉRIEURE   (France)

^d INSTITUTE OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL BIOPHYSICS   (Russian Federation)

^e MAX PLANCK INSTITUTE FOR POLYMER RESEARCH   (Germany)

^f QUEEN MARY UNIVERSITY OF LONDON   (United Kingdom)

^g UNIVERSITY OF SANTIAGO DE COMPOSTELA   (Spain)

^h UNIVERSITY OF MÁLAGA   (Spain)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CALCIUM; CELL SIGNALING; EMISSION SPECTROSCOPY; FLUORESCENCE; IONS;

COLLOIDAL PARTICLE; EMISSION SPECTRUMS; INTRACELLULAR IMAGING; INTRACELLULAR SENSOR; POTENTIAL PROBLEMS; QUANTITATIVE DETERMINATIONS; SPATIOTEMPORAL DISTRIBUTIONS; SPECTRAL OVERLAP;

FLUOROPHORES;

BENZOXAZINE DERIVATIVE; CALCIUM; CRESYL VIOLET; FLUORESCENT DYE; GOLD; ION; METAL NANOPARTICLE; PEPTIDE; POLYMER;

CHEMISTRY; ENDOCYTOSIS; FLUORESCENCE MICROSCOPY; GENETIC PROCEDURES; HELA CELL LINE; HUMAN; NANOTECHNOLOGY; OPTICS; PARTICLE SIZE; PH; PROCEDURES;

BENZOXAZINES; BIOSENSING TECHNIQUES; CALCIUM; ENDOCYTOSIS; FLUORESCENT DYES; GOLD; HELA CELLS; HUMANS; HYDROGEN-ION CONCENTRATION; IONS; METAL NANOPARTICLES; MICROSCOPY, FLUORESCENCE; NANOTECHNOLOGY; OPTICS AND PHOTONICS; PARTICLE SIZE; PEPTIDES; POLYMERS;

EID: 84923343630     PISSN: 16136810     EISSN: 16136829     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/smll.201402110     Document Type: Review

References (102)

1. R. D. Carpenter, A. S. Verkman, Org Lett 2010, 12(6), 1160-1163.
2. X. Xie, Y. Qin, Sens. Actuat. B 2011, 156(1), 213-217.
3. M. J. Ruedas-Rama, A. Orte, E. A. H. Hall, J. M. Alvarez-Pez, E. M. Talavera, Analyst 2012, 137(6), 1500-1508.
4. N. Wanichacheva, K. Setthakarn, N. Prapawattanapol, O. Hanmeng, V. S. Lee, K. Grudpan, J. Luminescence 2012, 132(1), 35-40.
5. W. Jiang, Q. Q. Fu, H. Y. Fan, W. Wang, Chem. Commun. 2008, (2), 259-261.
6. V. V. Martin, A. Rothe, Z. Diwu, K. R. Gee, Bioorg. Medicinal Chem. Lett. 2004, 14(21), 5313-5316.
7. P. Nandhikonda, M. P. Begaye, M. D. Heagy, Tetrahedron Lett. 2009, 50(21), 2459-2461.
8. P. Rivera Gil, M. Nazarenus, S. Ashraf, W. J. Parak, Small 2012, 8(6), 943-948.
9. T. Mistri, M. Dolai, D. Chakraborty, A. R. Khuda-Bukhsh, K. K. Das, M. Ali, Org. Biomolec. Chem. 2012, 10(12), 2380-2384.
10. E. Arunkumar, A. Ajayaghosh, J. Daub, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127(9), 3156-3164.
11. L. Zeng, E. W. Miller, A. Pralle, E. Y. Isacoff, C. J. Chang, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128(1), 10-11.
12. L. Xue, C. Liu, H. Jiang, Chem. Commun. 2009, (9), 1061-1063.
13. X. J. Peng, J. J. Du, J. L. Fan, J. Y. Wang, Y. K. Wu, J. Z. Zhao, S. G. Sun, T. Xu, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129(6), 1500.
14. D. W. Domaille, E. L. Que, C. J. Chang, Nat. Chem. Biol. 2008, 4(3), 168-175.
15. X. A. Zhang, D. Hayes, S. J. Smith, S. Friedle, S. J. Lippard, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130(47), 15788-15789.
16. K. Komatsu, Y. Urano, H. Kojima, T. Nagano, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129(44), 13447-13454.
17. Y. F. Chen, Z. Rosenzweig, Analyt. Chem. 2002, 74(19), 5132-5138.
18. W. J. Jin, M. T. Fernandez-Argüelles, J. M. Costa-Fernandez, R. Pereiro, A. Sanz-Medel, Chem. Commun. 2005, 2005, 883-885.
19. M. T. Fernandez-Argüelles, W. J. Jin, J. M. Costa-Fernandez, R. Pereiro, A. Sanz-Medel, Analyt. Chim. Acta 2005, 549, 20-25.
20. A. S. Susha, A. Munoz-Javier, W. J. Parak, A. L. Rogach, Colloids Surf. A 2006, 281, 40-43.
21. H. A. Clark, S. L. R. Barker, M. Brasuel, M. T. Miller, E. Monson, S. Parus, Z. Y. Shi, A. Song, B. Thorsrud, R. Kopelman, A. Ade, W. Meixner, B. Athey, M. Hoyer, D. Hill, R. Lightle, M. A. Philbert, Sens. Actuat. B 1998, 51(1-3), 12-16.
22. H. A. Clark, M. Hoyer, S. Parus, M. A. Philbert, R. Kopelman, Microchimica Acta 1999, 131(1-2), 121-128.
23. M. Brasuel, R. Kopelman, T. J. Miller, R. Tjalkens, M. A. Philbert, Analyt. Chem. 2001, 73(10), 2221-2228.
24. O. Kreft, A. Muñoz Javier, G. B. Sukhorukov, W. J. Parak, Journal Of Materials Chemistry 2007, 17, 4471-4476.
25. U. Reibetanz, D. Halozan, M. Brumen, E. Donath, Biomacromolecules 2007, 8, 1928-1933.
26. L. L. del Mercato, A. Z. Abbasi, W. J. Parak, Small 2011, 7, 351-363.
27. F. Zhang, Z. Ali, F. Amin, A. Feltz, M. Oheim, W. J. Parak, Chem-PhysChem 2010, 11, 730-735.
28. J. Isaad, A. El Achari, Tetrahedron 2013, 69(24), 4866-4874.
29. M. J. Ruedas-Rama, E. A. H. Hall, Analyt. Chem. 2008, 80(21), 8260-8268.
30. S. Carregal-Romero, J.-M. Montenegro, W. J. Parak, P. Rivera-Gil, Frontiers Pharmacol. 2012, 3, 70.
31. A. Riedinger, F. Zhang, F. Dommershausen, C. Röcker, S. Brandholt, G. U. Nienhaus, U. Koert, W. J. Parak, Small 2010, 6(22), 2590-2597.
32. F. Zhang, E. Lees, F. Amin, P. Rivera-Gil, F. Yang, P. Mulvaney, W. J. Parak, Small 2011, 7, 3113-3127.
33. C. Carrillo-Carrion, M. Nazarenus, S. Sánchez Paradinas, S. Carregal-Romero, M. J. Almendral, M. Fuentes, B. Pelaz, P. del Pino, I. Hussain, M. J. D. Clift, B. Rothen-Rutishauser, X.-J. Liang, W. J. Parak, Curr. Op. Chem. Engineer. 2014, 4, 88-96.
34. C. Pfeiffer, C. Rehbock, D. Hühn, C. Carrillo-Carrion, D. J. d. AberasturiV. Merk, S. Barcikowski, W. J. Parak, J. R. Soc., Interface 2014, 11, 20130931.
35. C. A. Leatherdale, W.-K. Woo, F. V. Mikulec, M. G. Bawendi, J. Phys. Chem. B 2002, 106(31), 7619-7622.
36. S. Pu, M. Yang, C. Hsu, C. Lai, C. Hsieh, S. Lin, Y. Cheng, P. Chou, Small 2006, 2(11), 1308-1313.
37. A. Huber, T. Behnke, C. Würth, C. Jaeger, U. Resch-Genger, Analyt. Chem. 2012, 84(8), 3654.
38. D. G. Mullen, M. Fang, A. Desai, J. R. Baker, B. G. Orr, M. M. Banaszak Holl, ACS Nano 2010, 4(2), 657-670.
39. D. G. Mullen, A. M. Desai, J. N. Waddell, X. M. Cheng, C. V. Kelly, D. Q. McNerny, I. J. Majoros, J. R. Baker, L. M. Sander, B. G. Orr, M. M. B. Holl, Bioconjug. Chem. 2008, 19(9), 1748-1752.
40. A. Z. Abbasi, F. Amin, T. Niebling, S. Friede, M. Ochs, S. Carregal-Romero, J. M. M. Martos, P. Rivera-Gil, W. Heimbrodt, W. J. Parak, ACS Nano 2011, 5, 21-25.
41. L. L. del Mercato, A. Z. Abbasi, M. Ochs, W. J. Parak, ACS Nano 2011, 5(12), 9668-9674.
42. L. Shang, K. Nienhaus, G. U. Nienhaus, J. Nanobiotechnol. 2014, 12, 5.
43. S. Xu, B. Z. Olenyuk, C. T. Okamoto, S. F. Hamm-Alvarez, Adv. Drug Deliv. Rev. 2013, 65(1), 121-138.
44. T. G. Iversen, T. Skotland, K. Sandvig, Nano Today 2011, 6(2), 176-185.
45. G. Sahay, D. Y. Alakhova, A. V. Kabanov, J. Controlled Release 2010, 145(3), 182-195.
46. W. J. Parak, R. Boudreau, M. L. Gros, D. Gerion, D. Zanchet, C. M. Micheel, S. C. Williams, A. P. Alivisatos, C. A. Larabell, Adv. Mater. 2002, 14(12), 882-885.
47. C. Schweiger, R. Hartmann, F. Zhang, W. J. Parak, T. Kissel, P. Rivera Gil, J. Nanobiotechnol. 2012, 10(1), 28.
48. S. De Koker, B. G. De Geest, C. Cuvelier, L. Ferdinande, W. Deckers, W. E. Hennink, S. De Smedt, N. Mertens, Adv. Funct. Mater. 2007, 17(18), 3754-3763.
49. L. Kastl, D. Sasse, V. Wulf, R. Hartmann, J. Mircheski, C. Ranke, S. Carregal-Romero, J. A. Martínez-López, R. Fernández-Chacón, W. J. Parak, H.-P. Elsaesser, P. Rivera Gil, ACS Nano 2013, 7(8), 6605-6618.
50. M. Semmling, O. Kreft, A. Muñoz Javier, G. B. Sukhorukov, J. Käs, W. J. Parak, Small 2008, 4(10), 1763-1768.
51. P. Nativo, I. A. Prior, M. Brust, ACS Nano 2008, 2(8), 1639-1644.
52. C. Brandenberger, C. Mühlfeld, Z. Ali, A.-G. Lenz, O. Schmid, W. J. Parak, P. Gehr, B. Rothen-Rutishauser, Small 2010, 6, 1669-1678.
53. K. Boeneman, J. B. Delehanty, J. B. Blanco-Canosa, K. Susumu, M. H. Stewart, E. Oh, A. L. Huston, G. Dawson, S. Ingale, R. Walters, M. Domowicz, J. R. Deschamps, W. R. Algar, S. DiMaggio, J. Manono, C. M. Spillmann, D. Thompson, T. L. Jennings, P. E. Dawson, I. L. Medintz, ACS Nano 2013, 7, 3778-3796.
54. J. B. Delehanty, C. E. Bradburne, K. Boeneman, K. Susumu, D. Farrell, B. C. Mei, J. B. Blanco-Canosa, G. Dawson, P. E. Dawson, H. Mattoussi, I. L. Medintz, Integrative Biology 2010, 2(5-6), 265-277.
55. H. Mattoussi, G. Palui, H. B. Na, Adv. Drug Deliv. Rev. 2012, 64(2), 138-166.
56. A. Verma, O. Uzun, Y. H. Hu, Y. Hu, H. S. Han, N. Watson, S. L. Chen, D. J. Irvine, F. Stellacci, Nat. Mater. 2008, 7(7), 588-595.
57. H. W. Child, P. A. Del Pino, J. M. De La Fuente, A. S. Hursthouse, D. Stirling, M. Mullen, G. M. McPhee, C. Nixon, V. Jayawarna, C. C. Berry, ACS Nano 2011, 5(10), 7910-7919.
58. T. Dejardin, J. de la Fuente, P. Del Pino, E. P. Furlani, M. Mullin, C. A. Smith, C. C. Berry, Nanomedicine 2011, 6(10), 1719-1731.
59. J. M. de la Fuente, C. C. Berry, Bioconjug. Chem. 2005, 16(5), 1176-1180.
60. B. D. Chithrani, A. A. Ghazan, C. W. Chan, Nano Lett. 2006, 6(4), 662-668.
61. D. B. Peckys, N. de Jonge, Nano Lett. 2011, 11(4), 1733-1738.
62. M. Nazarenus, Q. Zhang, M. G. Soliman, P. del Pino, B. Pelaz, S. Carregal-Romero, J. Rejman, B. Rothen-Ruthishauser, M. J. D. Clift, R. Zellner, G. U. Nienhaus, J. B. Delehanty, I. L. Medinez, W. J. Parak, Beilstein J Nanotechnol. 2014, DOI: 10.3762/bjnano.5.161.
63. D. Hühn, K. Kantner, C. Geidel, S. Brandholt, I. De Cock, S. J. H. Soenen, P. Rivera Gil, J.-M. Montenegro, K. Braeckmans, K. Müllen, G. U. Nienhaus, M. Klapper, W. J. Parak, ACS Nano 2013, 7(4), 3253-3263.
64. A. Muñoz Javier, O. Kreft, A. Piera Alberola, C. Kirchner, B. Zebli, A. S. Susha, E. Horn, S. Kempter, A. G. Skirtach, A. L. Rogach, J. Rädler, G. B. Sukhorukov, M. Benoit, W. J. Parak, Small 2006, 2(3), 394-400.
65. M. Mahmoudi, A. M. Abdelmonem, S. Behzadi, J. H. Clement, S. Dutz, M. R. Ejtehadi, R. Hartmann, K. Kantner, U. Linne, P. Maffre, S. Metzler, M. K. Moghadam, C. Pfeiffer, M. Rezaei, P. Ruiz-Lozano, V. Serpooshan, M. A. Shokrgozar, G. U. Nienhaus, W. J. Parak, ACS Nano 2013, 7(8), 6555-6562.
66. A. M. Alkilany, P. K. Nagaria, C. R. Hexel, T. J. Shaw, C. J. Murphy, M. D. Wyatt, Small 2009, 5(6), 701-708.
67. P.-H. Yang, X. Sun, J.-F. Chiu, H. Sun, Q.-Y. He, Bioconjug. Chem. 2005, 16(3), 494-496.
68. E. C. Cho, J. W. Xie, P. A. Wurm, Y. Xia, Nano Lett. 2009, 9, 1080.
69. M. Semmling, O. Kreft, A. M. Javier, G. B. Sukhorukov, J. Käs, W. J. Parak, Small 2008, 4 (10) 1763.
70. C.-A. J. Lin, R. A. Sperling, J. K. Li, T.-Y. Yang, P.-Y. Li, M. Zanella, W. H. Chang, W. J. Parak, Small 2008, 4(3), 334-341.
71. R. A. Sperling, T. Pellegrino, J. K. Li, W. H. Chang, W. J. Parak, Adv. Funct. Mater. 2006, 16(7), 943-948.
72. M. Dahan, T. Laurence, F. Pinaud, D. S. Chemla, A. P. Alivisatos, M. Sauer, S. Weiss, Optics Lett. 2001, 26(11), 825-827.
73. P. Rivera-Gil, S. D. Koker, B. G. De-Geest, W. J. Parak, Nano Lett. 2009, 9(12), 4398-4402.
74. P. Rivera-Gil, C. V. Vazquez, V. Giannini, M. P. Callao, W. J. Parak, M. A. C. Duarte, R. A. Alvarez-Puebla, Angew. Chem. 2013, 52, 13694-13698.
75. M. Eberhard, P. Erne, Biochem. Biophys. Res. Commun. 1991, 180(1), 209-215.
76. G. A. Rutter, N. J. Osbaldeston, J. G. McCormack, R. M. Denton, Biochem. J. 1990, 271(3), 627-634.
77. A. S. Verkman, M. C. Sellers, A. C. Chao, T. Leung, R. Ketcham, Analyt. Biochem. 1989, 178(2), 355-361.
78. N. D. Sonawane, J. R. Thiagarajah, A. S. Verkman, J. Biological Chem. 2002, 277(7), 5506-5513.
79. N. Antipina Maria, B. Sukhorukov Gleb, Adv. Drug Deliv. Rev. 2011, 63(9), 716-729.
80. H. Arya, Z. Kaul, R. Wadhwa, K. Taira, T. Hirano, S. C. Kaul, Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005, 329(4), 1173-1177.
81. P. K. Chattopadhyay, D. A. Price, T. F. Harper, M. R. Betts, J. Yu, E. Gostick, S. P. Perfetto, P. Goepfert, R. A. Koup, S. C. De Rosa, M. P. Bruchez, M. Roederer, Nat. Med. 2006, 12(8), 972.
82. H. Xu, M. Y. Sha, E. Y. Wong, J. Uphoff, Y. Xu, J. A. Treadway, A. Truong, E. O'Brien, S. Asquith, M. Stubbins, N. K. Spurr, E. H. Lai, W. Mahoney, Nucleic Acids Res. 2003, 31(8), e42.
83. X. Gao, S. Nie, Anal. Chem. 2004, 76(8), 2406-2410.
84. J. A. Lee, S. Mardyani, A. Hung, A. Rhee, J. Klostranec, Y. Mu, D. Li, W. C. W. Chan, Adv. Mater. 2007, 19(20), 3113.
85. U. Lieberwirth, J. Arden-Jacob, K. H. Drexhage, D. P. Herten, R. Müller, M. Neumann, A. Schulz, S. Siebert, G. Sagner, S. Klingel, M. Sauer, J. Wolfrum, Analyt. Chem. 1998, 70, 4771-4779.
86. S. H. Minhindukulasuriya, T. K. Morcone, L. B. McGown, Electrophoresis 2003, 24, 20-25.
87. K. Hoffmann, T. Behnke, D. Drescher, J. Kneip, U. Resch-Genger, ACS Nano 2013, 7, 6674-6684.
88. C. Gan, Y. Zhang, D. Battaglia, X. Peng, M. Xiao, Appl. Phys. Lett. 2008, 92 (2411111).
89. T. Förster, Annalen der Physik 1948, 437(1-2), 55-75.
90. I. L. Medintz, A. R. Clapp, H. Mattoussi, E. R. Goldman, B. Fisher, J. M. Mauro, Nat. Mater. 2003, 2, 630-638.
91. R. Freeman, L. Bahshi, T. Finder, R. Gill, I. Willner, Chem. Commun. 2009, (7), 764-766.
92. A. V. Yakovlev, F. Zhang, A. Zulqurnain, A. Azhar-Zahoor, C. Luccardini, S. Gaillard, J. M. Mallet, P. Tauc, J. C. Brochon, W. J. Parak, A. Feltz, M. Oheim, Langmuir 2009, 25(5), 3232-3239.
93. T. Niebling, F. Zhang, Z. Ali, W. J. Parak, W. Heimbrodt, J. Appl. Phys. 2009, 106, 104701.
94. J. S. Kang, G. Piszczek, J. R. Lakowicz, J. Fluorescence 2002, 12, 97-103.
95. U. Kaiser, D. J. d. Aberasturi, R. Malinowski, F. Amin, W. J. Parak, W. Heimbrodt, Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 041901.
96. A. V. Agronskaia, L. Tertoolen, H. C. Gerritsen, J. Biomed. Optics 2004, 9, 1230-1237.
97. R. Y. Tsien, Biochemistry 1980, 19, 2396-2404.
98. W. K. Bae, M. K. Nam, K. Char, S. Lee, Chem. Mater. 2008, 20, 5307-5313.
99. B. O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F. V. Mikulec, J. R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K. F. Jensen, M. G. Bawendi, J. Phys. Chem. B 1997, 101(46), 9463-9475.
100. L. I. Kazakova, L. I. Shabarchina, G. B. Sukhorukov, Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13(23), 11110.
101. O. Y. Kochetkova, L. I. Kazakova, D. A. Moshkov, M. G. Vinokurov, L. I. Shabarchina, Russian J. Bioorg. Chem. 2013, 39(5), 504-509.
102. A. S. Susha, A. M. Javier, W. J. Parak, A. L. Rogach, Colloids Surf. A 2006, 281, 40.