Intracellular Adenosine Triphosphate Deprivation through Lanthanide-Doped Nanoparticles

Journal of the American Chemical Society

Volumn 137, Issue 20, 2015, Pages 6550-6558

  Tian, Jing ^a,b   Zeng, Xiao ^b   Xie, Xiaoji ^b   Han, Sanyang ^b   Liew, Oi Wah ^b   Chen, Yei Tsung ^b   Wang, Lianhui ^a,c   Liu, Xiaogang ^b,d  

^a FUDAN UNIVERSITY   (China)

^b NATIONAL UNIVERSITY OF SINGAPORE   (Singapore)

^c NANJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS   (China)

^d INSTITUTE OF MATERIALS RESEARCH AND ENGINEERING   (Singapore)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ADENOSINETRIPHOSPHATE; BIOLOGICAL SYSTEMS; CELL DEATH; CELL MEMBRANES; CYTOLOGY; MOBILE SECURITY; PHOSPHATES; RARE EARTH ELEMENTS;

CELL-DEATH PATHWAYS; DOPED NANOPARTICLES; INTRACELLULAR ATP; LACTATE DEHYDROGENASE; MEMBRANE INTEGRITY; MITOCHONDRIAL ACTIVITY; PHOSPHATE GROUP; SAFETY CONCERNS;

NANOPARTICLES;

ADENOSINE TRIPHOSPHATE; LACTATE DEHYDROGENASE; LANTHANIDE; LANTHANIDE DOPED NANOPARTICLE; NANOPARTICLE; PHOSPHATE; UNCLASSIFIED DRUG; METAL NANOPARTICLE;

APOPTOSIS; ARTICLE; AUTOPHAGY; CELL ACTIVITY; CELL MEMBRANE; CELL VIABILITY; CONTROLLED STUDY; CYTOTOXICITY; ENZYME ASSAY; ENZYME RELEASE; FEMALE; HELA CELL LINE; HUMAN; HUMAN CELL; MITOCHONDRION; MTS ASSAY; NANOTOXICOLOGY; WESTERN BLOTTING; CELL DEATH; CELL SURVIVAL; CHEMISTRY; DOSE RESPONSE; DRUG EFFECTS; METABOLISM; STRUCTURE ACTIVITY RELATION;

ADENOSINE TRIPHOSPHATE; CELL DEATH; CELL SURVIVAL; DOSE-RESPONSE RELATIONSHIP, DRUG; HELA CELLS; HUMANS; LANTHANOID SERIES ELEMENTS; METAL NANOPARTICLES; STRUCTURE-ACTIVITY RELATIONSHIP;

EID: 84930226071     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.5b00981     Document Type: Article

References (95)

1. Gorris, H. H.; Wolfbeis, O. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 3584
2. Haase, M.; Schäfer, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 5808
3. Zhou, J.; Liu, Z.; Li, F. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 1323
4. Wang, F.; Liu, X. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 976
5. Teng, X.; Zhu, Y.; Wei, W.; Wang, S.; Huang, J.; Naccache, R.; Hu, W.; Tok, A. I. Y.; Han, Y.; Zhang, Q.; Fan, Q.; Huang, W.; Capobianco, J. A.; Huang, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8340
6. Naccache, R.; Vetrone, F.; Mahalingam, V.; Cuccia, L. A.; Capobianco, J. A. Chem. Mater. 2009, 21, 717
7. Wang, F.; Han, Y.; Lim, C. S.; Lu, Y.; Wang, J.; Xu, J.; Chen, H.; Zhang, C.; Hong, M.; Liu, X. Nature 2010, 463, 1061
8. Johnson, N. J. J.; Korinek, A.; Dong, C.; van Veggel, F. C. J. M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11068
9. Xie, X.; Gao, N.; Deng, R.; Sun, Q.; Xu, Q.-H.; Liu, X. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 12608
10. Gai, S.; Li, C.; Yang, P.; Lin, J. Chem. Rev. 2014, 114, 2343
11. Zhang, Y.; Zhang, L.; Deng, R.; Tian, J.; Zong, Y.; Jin, D.; Liu, X. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4893
12. Mai, H.-X.; Zhang, Y.-W.; Si, R.; Yan, Z.-G.; Sun, L.-d.; You, L.-P.; Yan, C.-H. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 6426
13. Lai, J.; Zhang, Y.; Pasquale, N.; Lee, K. B. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 14419
14. Deng, R.; Qin, F.; Chen, R.; Huang, W.; Hong, M.; Liu, X. Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 237
15. Liu, X.; Yan, C.-H.; Capobianco, J. A. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 1299
16. Wang, L.; Yan, R.; Huo, Z.; Wang, L.; Zeng, J.; Bao, J.; Wang, X.; Peng, Q.; Li, Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 6054
17. Zhang, F.; Shi, Q.; Zhang, Y.; Shi, Y.; Ding, K.; Zhao, D.; Stucky, G. D. Adv. Mater. 2011, 23, 3775
18. Li, L.-L.; Zhang, R.; Yin, L.; Zheng, K.; Qin, W.; Selvin, P. R.; Lu, Y. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 6121
19. Deng, R.; Xie, X.; Vendrell, M.; Chang, Y.-T.; Liu, X. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 20168
20. Wang, J.; Deng, R.; MacDonald, M. A.; Chen, B.; Yuan, J.; Wang, F.; Chi, D.; Andy Hor, T. S.; Zhang, P.; Liu, G.; Han, Y.; Liu, X. Nat. Mater. 2014, 13, 157
21. Liu, Y.; Chen, M.; Cao, T.; Sun, Y.; Li, C.; Liu, Q.; Yang, T.; Yao, L.; Feng, W.; Li, F. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9869
22. Tu, D.; Liu, L.; Ju, Q.; Liu, Y.; Zhu, H.; Li, R.; Chen, X. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 6306
23. Nyk, M.; Kumar, R.; Ohulchanskyy, T. Y.; Bergey, E. J.; Prasad, P. N. Nano Lett. 2008, 8, 3834
24. Wang, J.; Wang, F.; Wang, C.; Liu, Z.; Liu, X. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 10369
25. Liu, Y.; Ai, K.; Liu, J.; Yuan, Q.; He, Y.; Lu, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 1437
26. Yang, Y.; Shao, Q.; Deng, R.; Wang, C.; Teng, X.; Cheng, K.; Cheng, Z.; Huang, L.; Liu, Z.; Liu, X.; Xing, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 3125
27. Zhang, F.; Braun, G. B.; Pallaoro, A.; Zhang, Y.; Shi, Y.; Cui, D.; Moskovits, M.; Zhao, D.; Stucky, G. D. Nano Lett. 2012, 12, 61
28. Jayakumar, M. K. G.; Idris, N. M.; Zhang, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 8483
29. Wang, Y.-F.; Liu, G.-Y.; Sun, L.-D.; Xiao, J.-W.; Zhou, J.-C.; Yan, C.-H. ACS Nano 2013, 7, 7200
30. Chen, G.; Ohulchanskyy, T. Y.; Liu, S.; Law, W.-C.; Wu, F.; Swihart, M. T.; Ågren, H.; Prasad, P. N. ACS Nano 2012, 6, 2969
31. Wang, X.; Chen, J. T.; Zhu, H.; Chen, X.; Yan, X. P. Anal. Chem. 2013, 85, 10225
32. Wang, M.; Mi, C.-C.; Wang, W.-X.; Liu, C.-H.; Wu, Y.-F.; Xu, Z.-R.; Mao, C.-B.; Xu, S.-K. ACS Nano 2009, 3, 1580
33. Wang, R.; Li, X.; Zhou, L.; Zhang, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 12086
34. Zhou, J.; Liu, Q.; Feng, W.; Sun, Y.; Li, F. Chem. Rev. 2015, 115, 395
35. Chen, G.; Qiu, H.; Prasad, P.; Chen, X. Chem. Rev. 2014, 114, 5161
36. Wang, F.; Deng, R.; Wang, J.; Wang, Q.; Han, Y.; Zhu, H.; Chen, X.; Liu, X. Nat. Mater. 2011, 10, 968
37. Cheung, E. N. M.; Alvares, R. D. A.; Oakden, W.; Chaudhary, R.; Hill, M. L.; Pichaandi, J.; Mo, G. C. H.; Yip, C.; Macdonald, P. M.; Stanisz, G. J.; van Veggel, F. C. J. M.; Prosser, R. S. Chem. Mater. 2010, 22, 4728
38. Su, Q.; Han, S.; Xie, X.; Zhu, H.; Chen, H.; Chen, C.-K.; Liu, R.-S.; Chen, X.; Wang, F.; Liu, X. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20849
39. Park, Y. I.; Kim, J. H.; Lee, K. T.; Jeon, K.-S.; Na, H. B.; Yu, J. H.; Kim, H. M.; Lee, N.; Choi, S. H.; Baik, S.-I.; Kim, H.; Park, S. P.; Park, B.-J.; Kim, Y. W.; Lee, S. H.; Yoon, S.-Y.; Song, I. C.; Moon, W. K.; Suh, Y. D.; Hyeon, T. Adv. Mater. 2009, 21, 4467
40. Xing, H.; Bu, W.; Zhang, S.; Zheng, X.; Li, M.; Chen, F.; He, Q.; Zhou, L.; Peng, W.; Hua, Y.; Shi, J. Biomaterials 2012, 33, 1079
41. Liu, Z.; Pu, F.; Huang, S.; Yuan, Q.; Ren, J.; Qu, X. Biomaterials 2013, 34, 1712
42. Zeng, S.; Tsang, M.-K.; Chan, C.-F.; Wong, K.-L.; Hao, J. Biomaterials 2012, 33, 9232
43. Liu, C.; Gao, Z.; Zeng, J.; Hou, Y.; Fang, F.; Li, Y.; Qiao, R.; Shen, L.; Lei, H.; Yang, W.; Gao, M. ACS Nano 2013, 7, 7227
44. Ju, Q.; Tu, D.; Liu, Y.; Li, R.; Zhu, H.; Chen, J.; Chen, Z.; Huang, M.; Chen, X. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1323
45. Park, Y. I.; Kim, H. M.; Kim, J. H.; Moon, K. C.; Yoo, B.; Lee, K. T.; Lee, N.; Choi, Y.; Park, W.; Ling, D.; Na, K.; Moon, W. K.; Choi, S. H.; Park, H. S.; Yoon, S.-Y.; Suh, Y. D.; Lee, S. H.; Hyeon, T. Adv. Mater. 2012, 24, 5755
46. Fan, W.; Shen, B.; Bu, W.; Chen, F.; Zhao, K.; Zhang, S.; Zhou, L.; Peng, W.; Xiao, Q.; Xing, H.; Liu, J.; Ni, D.; He, Q.; Shi, J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6494
47. Cheng, L.; Yang, K.; Li, Y.; Chen, J.; Wang, C.; Shao, M.; Lee, S.-T.; Liu, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 7385
48. Min, Y.; Li, J.; Liu, F.; Yeow, E. K. L.; Xing, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 1012
49. Idris, N. M.; Gnanasammandhan, M. K.; Zhang, J.; Ho, P. C.; Mahendran, R.; Zhang, Y. Nat. Med. 2012, 18, 1580
50. Lee, J.; Lee, T. S.; Ryu, J.; Hong, S.; Kang, M.; Im, K.; Kang, J. H.; Lim, S. M.; Park, S.; Song, R. J. Nucl. Med. 2013, 54, 96
51. Li, X.; Zhou, L.; Wei, Y.; El-Toni, A. M.; Zhang, F.; Zhao, D. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 15086
52. Li, L. L.; Wu, P.; Hwang, K.; Lu, Y. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2411
53. Hou, Y.; Qiao, R.; Fang, F.; Wang, X.; Dong, C.; Liu, K.; Liu, C.; Liu, Z.; Lei, H.; Wang, F.; Gao, M. ACS Nano 2012, 7, 330
54. Liu, Q.; Sun, Y.; Yang, T.; Feng, W.; Li, C.; Li, F. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 17122
55. Yu, X.-F.; Sun, Z.; Li, M.; Xiang, Y.; Wang, Q.-Q.; Tang, F.; Wu, Y.; Cao, Z.; Li, W. Biomaterials 2010, 31, 8724
56. Jin, J.; Gu, Y.-J.; Man, C. W.-Y.; Cheng, J.; Xu, Z.; Zhang, Y.; Wang, H.; Lee, V. H.-Y.; Cheng, S. H.; Wong, W.-T. ACS Nano 2011, 5, 7838
57. Zhou, J.-C.; Yang, Z.-L.; Dong, W.; Tang, R.-J.; Sun, L.-D.; Yan, C.-H. Biomaterials 2011, 32, 9059
58. Naczynski, D. J.; Andelman, T.; Pal, D.; Chen, S.; Riman, R. E.; Roth, C. M.; Moghe, P. V. Small 2010, 6, 1631
59. Yang, Y.; Sun, Y.; Cao, T.; Peng, J.; Liu, Y.; Wu, Y.; Feng, W.; Zhang, Y.; Li, F. Biomaterials 2013, 34, 774
60. Xing, H.; Bu, W.; Ren, Q.; Zheng, X.; Li, M.; Zhang, S.; Qu, H.; Wang, Z.; Hua, Y.; Zhao, K.; Zhou, L.; Peng, W.; Shi, J. Biomaterials 2012, 33, 5384
61. Jang, G. H.; Hwang, M. P.; Kim, S. Y.; Jang, H. S.; Lee, K. H. Biomaterials 2014, 35, 440
62. Chen, G.; Shen, J.; Ohulchanskyy, T. Y.; Patel, N. J.; Kutikov, A.; Li, Z.; Song, J.; Pandey, R. K.; Ågren, H.; Prasad, P. N.; Han, G. ACS Nano 2012, 6, 8280
63. Sun, Y.; Feng, W.; Yang, P.; Huang, C.; Li, F. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 1509
64. Li, R.; Ji, Z.; Dong, J.; Chang, C. H.; Wang, X.; Sun, B.; Wang, M.; Liao, Y.-P.; Zink, J.; Nel, A.; Xia, T. ACS Nano 2015, 9, 3293
65. Bergman, L.; Kankaanpää, P.; Tiitta, S.; Duchanoy, A.; Li, L.; Heino, J.; Lindén, M. Mol. Pharmaceutics 2013, 10, 1795
66. Lewinski, N.; Colvin, V.; Drezek, R. Small 2008, 4, 26
67. Belyanskaya, L.; Manser, P.; Spohn, P.; Bruinink, A.; Wick, P. Carbon 2007, 45, 2643
68. Sims, J. T.; Plattner, R. Cancer Chemother. Pharmacol. 2009, 64, 629
69. Wang, P.; Henning, S. M.; Heber, D. PLoS One 2010, 5, e10202
70. Monteiro-Riviere, N. A.; Inman, A. O.; Zhang, L. W. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009, 234, 222
71. Soenen, S. J.; Demeester, J.; De Smedt, S. C.; Braeckmans, K. Nano Today 2013, 8, 121
72. Zhang, Y.; Zheng, F.; Yang, T.; Zhou, W.; Liu, Y.; Man, N.; Zhang, L.; Jin, N.; Dou, Q.; Zhang, Y.; Li, Z.; Wen, L.-P. Nat. Mater. 2012, 11, 817
73. Wu, Y. N.; Yang, L. X.; Shi, X. Y.; Li, I. C.; Biazik, J. M.; Ratinac, K. R.; Chen, D. H.; Thordarson, P.; Shieh, D. B.; Braet, F. Biomaterials 2011, 32, 4565
74. Peynshaert, K.; Manshian, B. B.; Joris, F.; Braeckmans, K.; De Smedt, S. C.; Demeester, J.; Soenen, S. J. Chem. Rev. 2014, 114, 7581
75. Bogdan, N.; Vetrone, F.; Ozin, G. A.; Capobianco, J. A. Nano Lett. 2011, 11, 835
76. Kroemer, G.; Galluzzi, L.; Vandenabeele, P.; Abrams, J.; Alnemri, E. S.; Baehrecke, E. H.; Blagosklonny, M. V.; El-Deiry, W. S.; Golstein, P.; Green, D. R.; Hengartner, M.; Knight, R. A.; Kumar, S.; Lipton, S. A.; Malorni, W.; Nunez, G.; Peter, M. E.; Tschopp, J.; Yuan, J.; Piacentini, M.; Zhivotovsky, B.; Melino, G. Cell Death Differ. 2009, 16, 3
77. Fink, S. L.; Cookson, B. T. Infect. Immun. 2005, 73, 1907
78. Levine, B.; Yuan, J. J. Clin. Invest. 2005, 115, 2679
79. Klionsky, D. J.; Abdalla, F. C.; Abeliovich, H.; Abraham, R. T.; Acevedo-Arozena, A.; Adeli, K.; Agholme, L.; Agnello, M.; Agostinis, P.; Aguirre-Ghiso, J. A. Autophagy 2012, 8, 445
80. Klionsky, D. J.; Cuervo, A. M.; Seglen, P. O. Autophagy 2007, 3, 181
81. Eskelinen, E.-L. Autophagy 2005, 1, 1
82. Tasdemir, E.; Galluzzi, L.; Maiuri, M. C.; Criollo, A.; Vitale, I.; Hangen, E.; Modjtahedi, N.; Kroemer, G. Methods Mol. Biol. 2008, 445, 29
83. Hussain, S.; Al-Nsour, F.; Rice, A. B.; Marshburn, J.; Yingling, B.; Ji, Z.; Zink, J. I.; Walker, N. J.; Garantziotis, S. ACS Nano 2012, 6, 5820
84. Cui, Q.; Tashiro, S.; Onodera, S.; Minami, M.; Ikejima, T. Biol. Pharm. Bull. 2007, 30, 859
85. Amaral, C.; Borges, M.; Melo, S.; Silva, E. T. d.; Correia-da-Silva, G.; Teixeira, N. PLoS One 2012, 7, e42398
86. Abedin, M. J.; Wang, D.; McDonnell, M. A.; Lehmann, U.; Kelekar, A. Cell Death Differ. 2007, 14, 500
87. Bratton, D. L.; Fadok, V. A.; Richter, D. A.; Kailey, J. M.; Guthrie, L. A.; Henson, P. M. J. Biol. Chem. 1997, 272, 26159
88. Martin, S. J.; Reutelingsperger, C. P.; McGahon, A. J.; Rader, J. A.; van Schie, R. C.; LaFace, D. M.; Green, D. R. J. Exp. Med. 1995, 182, 1545
89. Logue, S. E.; Elgendy, M.; Martin, S. J. Nat. Protoc. 2009, 4, 1383
90. Zwaal, R. F.; Comfurius, P.; Bevers, E. M. Cell. Mol. Life Sci. 2005, 62, 971
91. Elmore, S. Toxicol. Pathol. 2007, 35, 495
92. Kajstura, M.; Halicka, H. D.; Pryjma, J.; Darzynkiewicz, Z. Cytometry, Part A 2007, 71A, 125
93. Zhang, P.; Ma, Y.; Zhang, Z.; He, X.; Guo, Z.; Tai, R.; Ding, Y.; Zhao, Y.; Chai, Z. Environ. Sci. Technol. 2011, 46, 1834
94. Ma, Y.; He, X.; Zhang, P.; Zhang, Z.; Guo, Z.; Tai, R.; Xu, Z.; Zhang, L.; Ding, Y.; Zhao, Y.; Chai, Z. Nanotoxicology 2011, 5, 743
95. Li, R.; Ji, Z.; Chang, C. H.; Dunphy, D. R.; Cai, X.; Meng, H.; Zhang, H.; Sun, B.; Wang, X.; Dong, J.; Lin, S.; Wang, M.; Liao, Y.-P.; Brinker, C. J.; Nel, A.; Xia, T. ACS Nano 2014, 8, 1771