Targeted PRINT Hydrogels: The Role of Nanoparticle Size and Ligand Density on Cell Association, Biodistribution, and Tumor Accumulation

Nano Letters

Volumn 15, Issue 10, 2015, Pages 6371-6378

  Reuter, Kevin G ^a   Perry, Jillian L ^a   Kim, Dongwook ^a,b   Luft, J Christopher ^b   Liu, Rihe ^a,b   DeSimone, Joseph M ^a,c,d  

^a UNIVERSITY OF NORTH CAROLINA   (United States)

^b UNC Hamner Institute for Drug Safety Sciences   (United States)

^c North Carolina State University   (United States)

^d MEMORIAL SLOAN KETTERING CANCER CENTER   (United States)

Author keywords

active targeting; ligand density; nanoparticle; pharmacokinetics; PRINT; tumor accumulation

Indexed keywords

HYDROGELS; NANOPARTICLES; PHARMACOKINETICS; PRINTING; TUMORS;

ACTIVE TARGETING; BIODISTRIBUTIONS; CELL ASSOCIATIONS; DOMINANT FACTOR; LIGAND DENSITY; NANOPARTICLE SIZES; TARGETING LIGANDS; TUMOR ACCUMULATION;

LIGANDS;

HYDROGEL; LIGAND; NANOPARTICLE;

ENDOCYTOSIS; HYDROGEL; SCANNING ELECTRON MICROSCOPY; TISSUE DISTRIBUTION;

ENDOCYTOSIS; HYDROGELS; LIGANDS; MICROSCOPY, ELECTRON, SCANNING; NANOPARTICLES; TISSUE DISTRIBUTION;

EID: 84944339790     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01362     Document Type: Article

References (60)

1. Li, S. D.; Huang, L. Mol. Pharmaceutics 2008, 5, 496-504 10.1021/mp800049w
2. Matsumura, Y.; Maeda, H. Cancer Res. 1986, 46, 6387-6392
3. Bertrand, N.; Wu, J.; Xu, X.; Kamaly, N.; Farokhzad, O. C. Adv. Drug Delivery Rev. 2014, 66, 2-25 10.1016/j.addr.2013.11.009
4. Heidel, J. D.; Davis, M. E. Pharm. Res. 2011, 28, 187-199 10.1007/s11095-010-0178-7
5. Alexis, F.; Pridgen, E.; Molnar, L. K.; Farokhzad, O. C. Mol. Pharmaceutics 2008, 5, 505-515 10.1021/mp800051m
6. Xiao, K.; Li, Y.; Luo, J.; Lee, J. S.; Xiao, W.; Gonik, A. M.; Agarwal, R. G.; Lam, S. L. Biomaterials 2011, 32, 3435-3446 10.1016/j.biomaterials.2011.01.021
7. Yamamoto, Y.; Nagasaki, Y.; Kato, Y.; Sugiyama, Y.; Kataoka, K. J. Controlled Release 2001, 77, 27-38 10.1016/S0168-3659(01)00451-5
8. Gref, R.; Luck, M.; Quellec, P.; Marchand, M.; Dellacherie, E.; Harnisch, S.; Blunk, T.; Muller, R. H. Colloids Surf., B 2000, 18, 301-313 10.1016/S0927-7765(99)00156-3
9. Sun, X.; Rossin, R.; Turner, J. L.; Becker, M. L.; Joralemon, M. J.; Welch, M. J.; Wooley, K. L. Biomacromolecules 2005, 6, 2541-2554 10.1021/bm050260e
10. Gratton, S. E. A.; Napier, M. E.; Ropp, P. A.; Tian, S.; DeSimone, J. M. Pharm. Res. 2008, 25, 2845-2852 10.1007/s11095-008-9654-8
11. Huang, X.; Teng, X.; Chen, D.; Tang, F.; He, J. Biomaterials 2010, 31, 438-448 10.1016/j.biomaterials.2009.09.060
12. Frieboes, H. B.; Wu, M.; Lowengrub, J.; Decuzzi, P.; Cristini, V. PLoS One 2013, 8, 1-11 10.1371/journal.pone.0056876
13. Byrne, J. D.; Betancourt, T.; Brannon-Peppas, L. Adv. Drug Delivery Rev. 2008, 60, 1615-1626 10.1016/j.addr.2008.08.005
14. Iinuma, H.; Maruyama, K.; Okinaga, K.; Sasaki, K.; Sekine, T.; Ishida, O.; Ogiwara, N.; Johkura, K.; Yonemura, Y. Int. J. Cancer 2002, 99, 130-137 10.1002/ijc.10242
15. Hrkach, J.; Hoff, D. V.; Ali, M. M.; Andrianova, E.; Auer, J.; Campbell, T.; Witt, D. D.; Figa, M.; Figueiredo, M.; Horhota, A.; Low, S.; McDonnell, K.; Peeke, E.; Retnarajan, B.; Sabnis, A.; Schnipper, E.; Song, J. J.; Song, Y. H.; Summa, J.; Tompsett, D.; Troiano, G.; Hoven, T. V. G.; Wright, J.; LoRusso, P.; Kantoff, P. W.; Bander, N. H.; Sweeney, C.; Farokhzad, O. C.; Langer, R.; Zale, S. Sci. Transl. Med. 2012, 4, 128-139 10.1126/scitranslmed.3003651
16. Lopes de Monezes, D. E.; Pilarski, L. M.; Allen, T. M. Cancer Res. 1998, 58, 3320-3330
17. Cheng, Z.; Zaki, A. A.; Hui, J. Z.; Muzykantiv, V. R.; Tsourkas, A. Science 2012, 338, 903-910 10.1126/science.1226338
18. Davis, M. E.; Chen, Z.; Shin, D. M. Nat. Rev. Drug Discovery 2008, 7, 771-782 10.1038/nrd2614
19. Hong, S.; Leroueil, P. R.; Majoros, I. J.; Orr, B. G.; Baker, J. R.; Holl, M. M. B. Chem. Biol. 2007, 14, 107-115 10.1016/j.chembiol.2006.11.015
20. Kolhar, P.; Anselmo, A. C.; Gupta, V.; Pant, K.; Prabhakarpandian, B.; Ruoslahti, E.; Mitagotri, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 10753-10758 10.1073/pnas.1308345110
21. Wang, J.; Tian, S.; Petros, R. A.; Napier, M. E.; DeSimone, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11306-11313 10.1021/ja1043177
22. Elias, D. R.; Poloukhtine, A.; Popik, V.; Tsourkas, A. Nanomedicine 2013, 9, 194-201 10.1016/j.nano.2012.05.015
23. Salvati, A.; Pitek, A. S.; Monopoli, M. P.; Prapainop, K.; Bombelli, F. B.; Hristov, D. R.; Kelly, P. M.; Aberg, C.; Mahon, E.; Dawson, K. A. Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 137-143 10.1038/nnano.2012.237
24. Guzman, J.; Iglesias, M. T.; Compan, V.; Andrio, A. Polymer 1997, 38, 5227-5232 10.1016/S0032-3861(97)00039-6
25. Montet, X.; Funovics, M.; Montet-Abou, K.; Weissleder, R.; Josephson, L. J. Med. Chem. 2006, 49, 6087-6093 10.1021/jm060515m
26. Kim, D.; Yan, Y.; Valencia, C. A.; Liu, R. PLoS One 2012, 7, 1-13 10.1371/journal.pone.0043077
27. Rolland, J. P.; Maynor, B. W.; Euliss, L. E.; Exner, A. E.; Denison, G. M.; DeSimone, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10096-10100 10.1021/ja051977c
28. Perry, J. L.; Reuter, K. G.; Kai, M. P.; Herlihy, K. P.; Jones, S. W.; Luft, J. L.; Napier, M.; Bear, J. E.; DeSimone, J. M. Nano Lett. 2012, 12, 5304-5310 10.1021/nl302638g
29. Zhang, Y.; Huo, M.; Zhou, J.; Xie, S. Comput. Methods Programs Biomed. 2010, 99, 306-314 10.1016/j.cmpb.2010.01.007
30. Yuan, F.; Dellian, M.; Fukumura, D.; Leunig, M.; Berk, D. A.; Torchilin, V. P.; Jain, R. K. Cancer Res. 1995, 55, 3752-3756
31. Perrault, S. D.; Walkey, C.; Jennings, T.; Fischer, H. C.; Chan, W. C. W. Nano Lett. 2009, 9, 1909-1915 10.1021/nl900031y
32. Huo, S.; Ma, H.; Huang, K.; Liu, J.; Wei, T.; Jin, S.; Zhang, J.; He, S.; Liang, X. Cancer Res. 2012, 73, 1-12
33. Schadlich, A.; Caysa, H.; Mueller, T.; Tenambergen, F.; Rose, C.; Gopferich, A.; Kuntsche, J.; Mader, K. ACS Nano 2011, 5, 8710-8720 10.1021/nn2026353
34. Chu, K. S.; Hasan, W.; Rawal, S.; Walsh, M. D.; Enlow, E. M.; Luft, J. C.; Bridges, A. S.; Kuijer, J. L.; Napier, M. E.; Zamboni, W. C.; DeSimone, J. M. Nanomedicine 2013, 9, 686-693 10.1016/j.nano.2012.11.008
35. Chu, K. S.; Schorzman, A. N.; Finniss, M. C.; Bowerman, C. J.; Peng, L.; Luft, J. C.; Madden, A. J.; Wang, A. Z.; Zamboni, W. C.; DeSimone, J. M. Biomaterials 2013, 34, 8424-8429 10.1016/j.biomaterials.2013.07.038
36. Chu, K. S.; Finniss, M. C.; Schorzman, A. N.; Kuijer, J. L.; Luft, J. C.; Bowerman, C. J.; Napier, M. E.; Haroon, Z. A.; Zamboni, W. C.; DeSimone, J. M. Nano Lett. 2014, 14, 1472-1476 10.1021/nl4046558
37. Benhabbour, S. R.; Luft, J. C.; Kim, D.; Jain, A.; Wadhwa, S.; Parrott, M. C.; Liu, R.; DeSimone, J. M.; Mumper, R. J. J. Controlled Release 2012, 158, 63-71 10.1016/j.jconrel.2011.10.013
38. Sonavane, G.; Tomoda, K.; Makino, K. Colloids Surf., B 2008, 66, 274-280 10.1016/j.colsurfb.2008.07.004
39. Liu, Y.; Shah, S.; Hu, W.; Gao, J. Adhesion Dynamics of Functional Nanoparticles for Targeted Drug Delivery. In Proceedings of the 25th Southern Biomedical Engineering Conference (IFMBE), 2009.
40. Natarajan, A.; Wagner, B.; Sibilia, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 17081-17086 10.1073/pnas.0704126104
41. Ghaghada, K. B.; Sauld, J.; Natarajanb, J. V.; Bellamkondad, R. V.; Annapragada, A. V. J. Controlled Release 2005, 104, 113-128 10.1016/j.jconrel.2005.01.012
42. Tang, H.; Chen, X.; Rui, M.; Sun, W.; Chen, J.; Peng, J.; Xu, Y. Mol. Pharmaceutics 2014, 11, 3242-3250 10.1021/mp5001718
43. Wang, B.; Galliford, C. V.; Low, P. S. Nanomedicine 2014, 9, 313-330 10.2217/nnm.13.175
44. Albanese, A.; Tang, P. S.; Chan, C. W. Annu. Rev. Biomed. Eng. 2012, 14, 1-16 10.1146/annurev-bioeng-071811-150124
45. Giljohann, D. A.; Seferos, D. S.; Patel, P. C.; Millstone, J. E.; Rosi, N. L.; Mirkin, C. A. Nano Lett. 2007, 7, 3818-3821 10.1021/nl072471q
46. Gu, F.; Zhang, L.; Teply, B. A.; Mann, N.; Wang, A.; Radovic-Moreno, A. F.; Langer, R.; Farokhzad, O. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105, 2586-2591 10.1073/pnas.0711714105
47. Sykes, E. A.; Chen, J.; Zheng, G.; Chan, W. C. W. ACS Nano 2014, 8, 5696-5706 10.1021/nn500299p
48. Fakhari, A.; Baoum, A.; Siahaan, T. J.; Le, B. K.; Berkland, C. J. Pharm. Sci. 2011, 100, 1045-1056 10.1002/jps.22342
49. Zhang, S.; Li, J.; Lykotrafitis, G.; Bao, G.; Suresh, S. Adv. Mater. 2009, 21, 419-424 10.1002/adma.200801393
50. Yuan, H.; Li, J.; Bao, G.; Zhang, S. Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 138101-138105 10.1103/PhysRevLett.105.138101
51. Chithrani, B. D.; Ghazani, A. A.; Chan, W. C. W. Nano Lett. 2006, 6, 662-668 10.1021/nl052396o
52. Gao, H.; Shi, W.; Freund, L. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 9469-9474 10.1073/pnas.0503879102
53. Decuzzi, P.; Pasqualini, R.; Arap, W.; Ferrari, M. Pharm. Res. 2009, 26, 235-243 10.1007/s11095-008-9697-x
54. Chithrani, B. D.; Chan, W. C. W. Nano Lett. 2007, 7, 1542-1550 10.1021/nl070363y
55. Kolhar, P.; Anselmo, A. C.; Gupta, V.; Pant, K.; Prabhakarpandian, B.; Ruoslahti, E.; Mitragotri, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 10753-10758 10.1073/pnas.1308345110
56. Choi, C. H. J.; Alabi, C. A.; Webster, P.; Davis, M. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 1235-1240 10.1073/pnas.0914140107
57. Fattorossi, A.; Nisini, R.; Pizzolo, J. G.; D'amelio, R. Cytometry 1989, 10, 320-325 10.1002/cyto.990100311
58. Drevets, D. A.; Campbell, P. A. J. Immunol. Methods 1991, 142, 31-38 10.1016/0022-1759(91)90289-R
59. Nichols, J. E.; Mock, D. J.; Roberts, N. J. Arch. Virol. 1992, 130, 441-455 10.1007/BF01309672
60. Mueller, S. N.; Tian, S.; DeSimone, J. M. Mol. Pharmaceutics 2015, 12, 1356-1365 10.1021/mp500589c