Effect of Shape, Size, and Aspect Ratio on Nanoparticle Penetration and Distribution inside Solid Tissues Using 3D Spheroid Models

Advanced Healthcare Materials

Volumn 4, Issue 15, 2015, Pages 2269-2280

  Agarwal, Rachit ^a   Jurney, Patrick ^b   Raythatha, Mansi ^b   Singh, Vikramjit ^b   Sreenivasan, Sidlgata V ^b   Shi, Li ^b   Roy, Krishnendu ^c  

^a GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

^b The University of Texas at Austin   (United States)

^c Emory University   (United States)

Author keywords

Nanodisks; Nanoparticle shape; Nanorods; Spheroids; Tumor distribution

Indexed keywords

CONTROLLED DRUG DELIVERY; DIAGNOSIS; HISTOLOGY; NANOPARTICLES; NANORODS; TARGETED DRUG DELIVERY; TUMORS;

DISK-LIKE PARTICLE; FLASH IMPRINT LITHOGRAPHY; NANO-SCALE GEOMETRIES; NANODISKS; NANOPARTICLE (NPS); NANOPARTICLE SHAPE; SPHEROIDS; UNIFORM DISTRIBUTION;

ASPECT RATIO;

MACROGOL; MITOMYCIN; NANOCARRIER; NANOPARTICLE; NANOROD; MACROGOL DERIVATIVE; NANOTUBE;

ARTICLE; COMPARATIVE STUDY; CONTROLLED STUDY; DRUG DELIVERY SYSTEM; DRUG DISTRIBUTION; DRUG PENETRATION; DRUG UPTAKE; EMBRYO; GEOMETRY; GROWTH INHIBITION; HUMAN; HUMAN CELL; HYDROGEL; IN VITRO STUDY; MOLECULAR IMPRINTING; NANOANALYSIS; NANOFABRICATION; NANOHYDROGEL; PARTICLE SIZE; PRIORITY JOURNAL; THEORETICAL STUDY; TUMOR MODEL; TUMOR SPHEROID; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; DRUG EFFECTS; HEK293 CELL LINE; METABOLISM; MULTICELLULAR SPHEROID; NEOPLASMS;

HEK293 CELLS; HUMANS; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR IMPRINTING; NANOPARTICLES; NANOTUBES; NEOPLASMS; POLYETHYLENE GLYCOLS; SPHEROIDS, CELLULAR;

EID: 84945486122     PISSN: 21922640     EISSN: 21922659     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adhm.201500441     Document Type: Article

References (78)

1. R. A. Petros, J. M. DeSimone, Nat. Rev. Drug Discovery 2010, 9, 615.
2. J. W. Baish, T. Stylianopoulos, R. M. Lanning, W. S. Kamoun, D. Fukumura, L. L. Munn, R. K. Jain, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, 1799.
3. R. K. Jain, T. Stylianopoulos, Nat. Rev. Clin. Oncol. 2010, 7, 653.
4. P. Carmeliet, R. K. Jain, Nature 2000, 407, 249.
5. S. M. Weis, D. A. Cheresh, Nature 2005, 437, 497.
6. D. Peer, J. M. Karp, S. Hong, O. C. Farokhzad, R. Margalit, R. Langer, Nat. Nano 2007, 2, 751.
7. P. A. Netti, D. A. Berk, M. A. Swartz, A. J. Grodzinsky, R. K. Jain, Cancer Res. 2000, 60, 2497
8. L. Davies Cde, D. A. Berk, A. Pluen, R. K. Jain, Br. J. Cancer 2002, 86, 1639;
9. P. J. Kuppen, M. M. van der Eb, L. E. Jonges, M. Hagenaars, M. E. Hokland, U. Nannmark, R. H. Goldfarb, P. H. Basse, G. J. Fleuren, R. C. Hoeben, C. J. van de Velde, Histochem. Cell Biol. 2001, 115, 671906.
10. J. Choi, K. Credit, K. Henderson, R. Deverkadra, Z. He, H. Wiig, H. Vanpelt, M. F. Flessner, Clin. Cancer Res. 2006, 12,
11. C. Holohan, S. Van Schaeybroeck, D. B. Longley, P. G. Johnston, Nat. Rev. Cancer 2013, 13, 714.
12. H. Holback, Y. Yeo, Pharm. Res. 2011, 28, 1819.
13. C. Wong, T. Stylianopoulos, J. Cui, J. Martin, V. P. Chauhan, W. Jiang, Z. Popovic, R. K. Jain, M. G. Bawendi, D. Fukumura, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, 2426
14. V. P. Chauhan, Z. Popovic, O. Chen, J. Cui, D. Fukumura, M. G. Bawendi, R. K. Jain, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2011, 50, 11417
15. B. Kim, G. Han, B. J. Toley, C. K. Kim, V. M. Rotello, N. S. Forbes, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 465
16. S. Miura, H. Suzuki, Y. H. Bae, Nano Today 2014, 9, 695.
17. R. M. Sutherland, Science 1988, 240, 177
18. J. Friedrich, C. Seidel, R. Ebner, L. A. Kunz-Schughart, Nat. Protoc. 2009, 4, 309
19. J. M. Yuhas, A. P. Li, A. O. Martinez, A. J. Ladman, Cancer Res. 1977, 37, 3639
20. W. Mueller-Klieser, J. Cancer Res. Clin. Oncol. 1987, 113, 101
21. A. Ivascu, M. Kubbies, J. Biomol. Screen. 2006, 11, 922
22. R. Herrmann, W. Fayad, S. Schwarz, M. Berndtsson, S. Linder, J. Biomol. Screening 2008, 13, 1
23. C. S. Shin, B. Kwak, B. Han, K. Park, Mol. Pharm. 2013, 10, 2167
24. M. G. Wientjes, B. Z. Yeung, Z. Lu, M. G. Wientjes, J. L. S. Au, J. Controlled Release 2014, 192, 10
25. D. T. Leong, K. W. Ng, Adv. Drug Delivery Rev. 2014, 79-80, 95.
26. K. Park, ACS Nano 2013, 7, 7442.
27. T. T. Goodman, P. L. Olive, S. H. Pun, Int. J. Nanomed. 2007, 2, 265.
28. S. Huo, H. Ma, K. Huang, J. Liu, T. Wei, S. Jin, J. Zhang, S. He, X. J. Liang, Cancer Res. 2013, 73, 319
29. K. Huang, H. Ma, J. Liu, S. Huo, A. Kumar, T. Wei, X. Zhang, S. Jin, Y. Gan, P. C. Wang, S. He, X. J. Liang, ACS Nano 2012, 6, 4483
30. A. Albanese, A. K. Lam, E. A. Sykes, J. V. Rocheleau, W. C. Chan, Nat. Commun. 2013, 4, 2718.
31. L. Brannon-Peppas, J. O. Blanchette, Adv. Drug Delivery Rev. 2004, 56, 1649
32. A. Albanese, P. S. Tang, W. C. Chan, Annu. Rev. Biomed. Eng. 2012, 14, 1
33. R. Agarwal, K. Roy, Ther. Delivery 2013, 4, 705
34. M. Hamidi, A. Azadi, P. Rafiei, Adv. Drug Delivery Rev. 2008, 60, 1638.
35. Y. Geng, P. Dalhaimer, S. Cai, R. Tsai, M. Tewari, T. Minko, D. E. Discher, Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 249
36. S. E. Gratton, P. A. Ropp, P. D. Pohlhaus, J. C. Luft, V. J. Madden, M. E. Napier, J. M. DeSimone, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 11613
37. X. Jiang, W. Qu, D. Pan, Y. Ren, J. M. Williford, H. Cui, E. Luijten, H. Q. Mao, Adv. Mater. 2013, 25, 227
38. P. Decuzzi, R. Pasqualini, W. Arap, M. Ferrari, Pharm. Res. 2009, 26, 235
39. B. D. Chithrani, A. A. Ghazani, W. C. Chan, Nano Lett. 2006, 6, 662
40. X. Huang, X. Teng, D. Chen, F. Tang, J. He, Biomaterials 2010, 31, 438
41. J. A. Champion, S. Mitragotri, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 4930
42. S. Shah, Y. Liu, W. Hu, J. Gao, J. Nanosci. Nanotechnol. 2011, 11, 919
43. B. R. Smith, P. Kempen, D. Bouley, A. Xu, Z. Liu, N. Melosh, H. Dai, R. Sinclair, S. S. Gambhir, Nano Lett. 2012, 12, 3369
44. P. W. Rothemund, Nature 2006, 440, 297
45. S. Barua, J. W. Yoo, P. Kolhar, A. Wakankar, Y. R. Gokarn, S. Mitragotri, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 3270
46. P. Kolhar, A. C. Anselmo, V. Gupta, K. Pant, B. Prabhakarpandian, E. Ruoslahti, S. Mitragotri, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 10753
47. R. Agarwal, V. Singh, P. Jurney, L. Shi, S. V. Sreenivasan, K. Roy, ACS Nano 2012, 6, 2524
48. J. P. Rolland, B. W. Maynor, L. E. Euliss, A. E. Exner, G. M. Denison, J. M. DeSimone, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10096
49. F. Buyukserin, M. Aryal, J. Gao, W. Hu, Small 2009, 5, 1632
50. E. Tasciotti, X. Liu, R. Bhavane, K. Plant, A. D. Leonard, B. K. Price, M. M. Cheng, P. Decuzzi, J. M. Tour, F. Robertson, M. Ferrari, Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 151
51. B. Karagoz, L. Esser, H. T. Duong, J. S. Basuki, C. Boyer, T. P. Davis, Polym. Chem. 2014, 5, 350
52. V. Singh, R. Agarwal, P. Jurney, K. Marshall, K. Roy, L. Shi, S. V. Sreenivasan, J. Micro Nano-Manufact. 2015, 3, 011002.
53. R. Fernandes, N. R. Smyth, O. L. Muskens, S. Nitti, A. Heuer-Jungemann, M. R. Ardern-Jones, A. G. Kanaras, Small 2015, 11, 713.
54. J. Park, A. Estrada, J. A. Schwartz, P. Diagaradjane, S. Krishnan, A. K. Dunn, J. W. Tunnell, Lasers Surg. Med. 2010, 42, 630.
55. S. Mitragotri, D. G. Anderson, X. Chen, E. K. Chow, D. Ho, A. V. Kabanov, J. M. Karp, K. Kataoka, C. A. Mirkin, S. H. Petrosko, J. Shi, M. M. Stevens, S. Sun, S. Teoh, S. S. Venkatraman, Y. Xia, S. Wang, Z. Gu, C. Xu, ACS Nano 2015, 9, 6644-6654.
56. P. Rivera-Gil, D. Jimenez de Aberasturi, V. Wulf, B. Pelaz, P. del Pino, Y. Zhao, J. M. de la Fuente, I. Ruiz de Larramendi, T. Rojo, X. J. Liang, W. J. Parak, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 743.
57. R. Agarwal, V. Singh, P. Jurney, L. Shi, S. V. Sreenivasan, K. Roy, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 17247.
58. C.-J. Hu, L.-Y. Wang, L. A. Chodosh, B. Keith, M. C. Simon, Mol. Cell. Biol. 2003, 23, 9361.
59. Y. Zhang, H. Han, J. Wang, H. Wang, B. Yang, Z. Wang, J. Biol. Chem. 2003, 278, 10417.
60. K.-H. von Wagenheim, H.-P. Peterson, J. Theor. Biol. 1998, 193, 663.
61. E. A. Mandujano-Tinoco, J. C. Gallardo-Pérez, A. Marín-Hernández, R. Moreno-Sánchez, S. Rodríguez-Enríquez, Biochim. Biophys. Acta, Mol. Cell Res. 2013, 1833, 541
62. S. Rodríguez-Enríquez, J. C. Gallardo-Pérez, A. Avilés-Salas, A. Marín-Hernández, L. Carreño-Fuentes, V. Maldonado-Lagunas, R. Moreno-Sánchez, J. Cell. Physiol. 2008, 216, 189.
63. E. C. Cho, Q. Zhang, Y. Xia, Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 385.
64. C. He, Y. Hu, L. Yin, C. Tang, C. Yin, Biomaterials 2010, 31, 3657.
65. Y. Seki, K. Toba, I. Fuse, N. Sato, H. Niwano, H. Takahashi, N. Tanabe, Y. Aizawa, Thromb. Res. 2005, 115, 219
66. S. G. Kang, H. Chung, Y. D. Yoo, J. G. Lee, Y. I. Choi, Y. S. Yu, Curr. Eye Res. 2001, 22, 174.
67. M. Caldorera-Moore, M. K. Kang, Z. Moore, V. Singh, S. V. Sreenivasan, L. Shi, R. Huang, K. Roy, Soft Matter 2011, 7, 2879.
68. S. M. Ryan, G. Mantovani, X. Wang, D. M. Haddleton, D. J. Brayden, Expert Opin. Drug Delivery 2008, 5, 371
69. A. Gabizon, H. Shmeeda, T. Grenader, Eur. J. Pharm. Sci. 2012, 45, 388
70. T. A. Kelf, V. K. Sreenivasan, J. Sun, E. J. Kim, E. M. Goldys, A. V. Zvyagin, Nanotechnology 2010, 21, 285105.
71. F. R. Kersey, T. J. Merkel, J. L. Perry, M. E. Napier, J. M. DeSimone, Langmuir 2012, 28, 8773.
72. T. J. Merkel, S. W. Jones, K. P. Herlihy, F. R. Kersey, A. R. Shields, M. Napier, J. C. Luft, H. Wu, W. C. Zamboni, A. Z. Wang, J. E. Bear, J. M. DeSimone, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, 586
73. T. J. Merkel, K. Chen, S. W. Jones, A. A. Pandya, S. Tian, M. E. Napier, W. E. Zamboni, J. M. Desimone, J. Controlled Release 2012, 162, 37-44
74. N. Doshi, A. S. Zahr, S. Bhaskar, J. Lahann, S. Mitragotri, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 21495
75. I. Safeukui, J. M. Correas, V. Brousse, D. Hirt, G. Deplaine, S. Mule, M. Lesurtel, N. Goasguen, A. Sauvanet, A. Couvelard, S. Kerneis, H. Khun, I. Vigan-Womas, C. Ottone, T. J. Molina, J. M. Treluyer, O. Mercereau-Puijalon, G. Milon, P. H. David, P. A. Buffet, Blood 2008, 112, 2520.
76. F. M. Jaeger, R. Houwink, C. J. Van Nieuwenburg, R. N. J. Saal Burgers, Second Report on Viscosity and Plasticity, Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen, N. V. Noord-Hollandsche, Amsterdam 1938.
77. A. Ortega, J. Garćia de la Torre, J. Chem. Phys. 2003, 119, 9914.
78. H. Brenner, Int. J. Multiphase Flow 1974, 1, 195.