Nanomaterial-based approaches for prevention of biofilm-associated infections on medical devices and implants

Journal of Nanoscience and Nanotechnology

Volumn 15, Issue 12, 2015, Pages 10108-10119

  Naik, Kshipra ^a   Srivastava, Pallavee ^a   Deshmukh, Ketaki ^a   Monsoor, M S ^a   Kowshik, Meenal ^a  

^a BIRLA INSTITUTE OF TECHNOLOGY AND SCIENCE   (India)

Author keywords

Biofilm; Implants; Infections; Medical devices; Nanomedicine; Nanotechnology

Indexed keywords

BIOFILMS; DENTAL PROSTHESES; IMPLANTS (SURGICAL); MEDICAL NANOTECHNOLOGY; METAL NANOPARTICLES; METALLIC COMPOUNDS; METALS; NANOPARTICLES; NANOSTRUCTURED MATERIALS; NANOTECHNOLOGY; TRANSITION METAL COMPOUNDS; TRANSITION METALS;

BIOFILM FORMATION; CONVENTIONAL APPROACH; INFECTIONS; MEDICAL DEVICES; METAL OXIDE NANOPARTICLES; POLYMER-BASED NANOCOMPOSITES; REACTIVE OXYGEN SPECIES; SYNERGISTIC EFFECT;

BIOMEDICAL EQUIPMENT;

ANTIINFECTIVE AGENT; NANOMATERIAL;

BIOFILM; CHEMISTRY; DRUG EFFECTS; HUMAN; PROSTHESES AND ORTHOSES; PROSTHESIS-RELATED INFECTIONS;

ANTI-BACTERIAL AGENTS; BIOFILMS; HUMANS; NANOSTRUCTURES; PROSTHESES AND IMPLANTS; PROSTHESIS-RELATED INFECTIONS;

EID: 84956659396     PISSN: 15334880     EISSN: 15334899     Source Type: Journal    
DOI: 10.1166/jnn.2015.11688     Document Type: Article

References (145)

1. B. Yu, Nanotechnology 19, 335101 (2008).
2. W. Smith, Adv. Drug Deliv. Rev. 57, 1539 (2005).
3. T. F. Mah and G. A. O'Toole, Trends Microbiol. 9, 34 (2001).
4. K. Lewis, Biochemistry 70, 267 (2005).
5. K. Naik and M. Kowshik, Mat. Sci. Eng. C 34, 62 (2014).
6. B. Y. S. Kim, J. T. Rutka, and W. C. W. Chan, N. Engl. J. Med. 363, 2434 (2010).
7. M. Rai, A. Yadav, and A. Gade, Biotechnol. Adv. 27, 76 (2009).
8. M. Diaz, F. Barba, M. Miranda, F. Guitian, R. Torrecillas, and J. S. Moya, J. Nanomater. 2009(2009), doi:10.1155/2009/498505.
9. V. Stanic, D. Janackovic, S. Dimitrijevic, B. S. Tanaskovic, M. Mitric, S. M. Pavlovic, A. Krstic, D. Jovanovic, and S. Raicevic, Appl. Surf. Sci. 257, 4510 (2011).
10. L. Li, S. Molin, L. Yang, and S. Ndoni, Int. J. Mol. Sci. 14, 3050 (2013).
11. A. L. Z. Lee, V. W. L. Ng, W. Wang, J. L. Hedrick, and Y. Y. Yang, Biomaterials 34, 10278 (2013).
12. W. R. Sanhai, J. H. Sakamoto, R. Canady, and M. Ferrari, Nat. Nanotechnol. 3, 242 (2008).
13. R. K. Kasimanickam, A. Ranjan, G. V. Asokan, V. R. Kasimanickam, and J. P. Kastelic, Int. J. Nanomedicine 8, 2809 (2013).
14. R. M. Donlan and J. W. Costerton, Clin. Microbiol. Rev. 15, 167 (2002).
15. J. W. Costerton, Int. J. Antimicrob. Agents 11, 217 (1999).
16. L. Hall-Stoodley, J. W. Costerton, and P. Stoodley, Nat. Rev. Microbiol. 2, 95 (2004).
17. R. M. Donlan, Curr. Top. Microbiol. Immunol. 322, 133 (2008).
18. J. K. Hatt and P. N. Rather, Bacterial Biofilms, edited by T. Romeo, 1 Springer, Heidelberg (2008), p. 63.
19. N. Khardori and M. Yassien, J. Ind. Microbiol. 15, 141 (1995).
20. M. R. Brown and J. Barker, Trends Microbiol. 7, 46 (1999).
21. M. S. Doggett, Appl. Environ. Microbiol. 66, 1249 (2000).
22. V. Sihorkar and S. P. Vyas, Pharmaceut. Res. 18, 1247 (2011).
23. J. Potera, Science 273, 1795 (1996).
24. G. J. Meluleni, M. Grout, D. J. Evans, and G. B. Pier, J. Immunol. 155, 2029 (1995).
25. L. Shiau and C. L. Wu, Microbiol. Immunol. 42, 33 (1998).
26. H. G. Stiver, Z. Zachidniak, and D. P. Speert, Clin. Invest. Med. 11, 247 (1988).
27. M. Ciszek-Lenda, Centr. Eur. J. Immunol. 36, 51 (2011).
28. P. Stoodley, D. DeBeer, and Z. Lewandowski, Appl. Environ. Microbiol. 60, 2711 (1994).
29. A. Vertes, V. Hitchins, and K. S. Phillips, Anal. Chem. 84, 3858 (2012).
30. D. Pavithra and M. Doble, Biomed. Mater. 3, 034003 (2008).
31. C. Mao, Y. Qiu, H. Sang, H. Mei, A. Zhu, J. Shen, and S. Lin, Adv. Colloid Interface Sci. 110, 5 (2004).
32. L. Tang and J. W. Eaton, Am. J. Clin. Pathol. 103, 466 (1995).
33. M. Katsikogianni and Y. F. Missirlis, Eur. Cells Mater. 8, 37 (2004).
34. J. M. Schakenraad, H. J. Busscher, C. R. H. Wilderuur, and J. Arends, J. Biomed. Mater. Res. 20, 773 (1986).
35. L. G. Harris, S. Tosatti, M. Wieland, M. Textor, and R. G. Richards, Biomaterials 25, 4135 (2004).
36. E. M. Werner, B. Huang, M. A. Hamilton, and P. S. Stewart, Appl. Environ. Microbiol. 70, 7418 (2004).
37. P. Watnick and R. Kolter, J. Bacteriol. 182, 2675 (2000).
38. C. S. Kwok, T. A. Horbett, and B. D. Ratner, J. Control Rel. 62, 301 (1999).
39. N. Kayirhan, A. Denizli, and N. Hasirci, J. Appl. Polym. Sci. 81, 1322 (2001).
40. N. S. S. Rana, V. P. Sahi, and M. W. Mittelman, J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 121, 249 (2001).
41. B. Gottenbos, H. C. van der Mei, F. Klatter, P. Nieuwenhuis, and H. J. Busscher, Biomaterials 23, 1417 (2002).
42. E. B. Hume, J. Baveja, B. Muir, T. L. Schubert, N. Kumar, S. Kjelleberg, H. J. Griesser, H. Thissen, R. Read, L. A. Poole-Warren, K. Schindhelm, and M. D. Willcox, Biomaterials 25, 5023 (2004).
43. V. Antoci, Jr., C. S. Adams, C. S. Parvizi, H. M. Davidson, R. J. Composto, T. A. Freeman, E. Wickstrom, P. Ducheyne, D. Jungkind, I. M. Shapiro, and N. J. Hickok, Biomaterials 29, 4684 (2008).
44. S. V. Pavlukhina, J. B. Kaplan, L. Xu, W. Chang, X. Yu, S. Madhyastha, N. akandawala, A. Mentbayeva, B. Khan, and S. A. Sukhishvili, ACS Appl. Mater. Interfaces 4, 4708 (2012).
45. B. Seifert, P. Romaniuk, and T. Groth, Biomaterials 18, 1495 (1997).
46. X. Khoo, P. Hamilton, G. A. O'Toole, B. D. Snyder, D. J. Kenan, and M. W. Grinstaff, J. Am. Chem. 131, 10992 (2009).
47. B. A. Jucker, H. Harms, and A. J. Zehnder, J. Bacteriol. 178, 5472 (1996).
48. P. N. Danese, Chem. Biol. 9, 873 (2002).
49. A. Davies, M. Bentley, and B. S. Field, J. Appl. Bacteriol. 31, 448 (1968).
50. J. C. Tiller, C. J. Liao, K. Lewis, and A. M. Klibanov, Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 98, 5981 (2001).
51. P. Majumdar, E. Lee, N. Patel, K. Ward, S. J. Stafslien, J. Daniels, B. J. Chisholm, P. Boudjouk, M. E. Callow, J. A. Callow, and S. E. Thompson, Biofouling 24, 185 (2008).
52. R. Kuegler, O. Bouloussa, and F. Rondelez, Microbiology 151, 1341 (2005).
53. B. Li and B. E. Logan, Colloids Surf. B: Biointerf. 36, 81 (2004).
54. R. J. Emmerson IV, T. S. Bergstrom, Y. Liu, E. R. Soto, C. A. Brown, W. G. McGimpsey, and T. A. Camesano, Langmuir 22, 11311 (2006).
55. N. Mitik-Dineva, J. Wang, V. K. Truong, P. R. Stoddart, F. Malherbe, R. J. Crawford, and E. P. Ivanova, Biofouling 25, 621 (2009).
56. T. D. Morgan and M. Wilson, J. Appl. Microbiol. 91, 47 (2001).
57. J. Park, C. Song, J. Jung, S. Ahn, and J. Ferracane, Oper. Dent. 37, 532 (2012).
58. J. J. Boelens, J. Dankert, J. L. Murk, J. J. Weening, T. Van der Poll, K. P. Dingemans, L. Koole, J. D. Laman, and S. A. Zaat, J. Infect. Dis. 181, 1337 (2000).
59. G. Legeay, F. Poncin-Epaillard, and C. R. Arciola, Internat. J. Artif. Organs 29, 453 (2006).
60. L. G. Harris, L. Mead, E. Muller-Oberlander, and R. G. Richards, J. Biomed. Mater. Res. Part A 78, 50 (2006).
61. P. Tenke, C. R. Riedl, G. L. Jones, G. J. Williams, D. Stickler, and E. Nagy, Int. J. Antimicrob. Agents. 23, 67 (2004).
62. Y. H. An, J. Bradley, D. L. Powers, and R. J. Friedman, J. Bone. Joint. Surg. Br. 79, 816 (1997).
63. A. Pechey, C. N. Elwood, G. R. Wignall, J. L. Dalsin, B. P. Lee, M. Vanjecek, I. Welch, R. Ko, H. Raz, and P. A. Cadieux, J. Urol. 182, 1628 (2009).
64. V. Zoulalian, S. Zurcher, S. Tosatti, M. Textor, S. Monge, and J. J. Robin, Langmuir 26, 74 (2010).
65. B. S. Atiyeh, M. Costagliola, S. N. Hayek, and S. A. Dibo, Burns 33, 139 (2007).
66. A. D. Widgerow, Burns 36, 965 (2010).
67. C. Diaz, P. L. Schilardi, R. C. Salvarezza, and M. F. De Mele, Langmuir 23, 11206 (2007).
68. T. J. Battin, F. V. Kammer, A. Weilhartner, S. Ottofuelling, and T. Hofmann, Environ. Sci. Technol. 43, 8089 (2009).
69. F. J. Clubb, D. L. Clapper, D. A. Deferrari, S. P. Hu, W. J. Seare, Jr., P. P. Capek, J. Armstron, M. G. McGee, L. A. Billings, J. M. Fuqua, and S. M. Parins, ASAIO. J. 45, 281 (1999).
70. T. A. Petrie, J. E. Raynor, C. D. Reyes, K. L. Burns, D. M. Collard, and A. J. Garcia, Biomaterials 29, 2849 (2008).
71. D. Cokeliler, H. Goktas, P. D. Tosun, and S. Mutlu, J. Nanosci. Nanotechnol. 10, 2583 (2010).
72. P. A. Norowski and J. D. Bumgardner, J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomaterials 88, 530 (2009).
73. A. I. Hochbaum and J. Aizenberg, Nano Lett. 10, 3717 (2010).
74. G. M. Kappell, J. P. Grover, and T. H. Chrzanowski, Electron. J. Biotechnol. 12, 10 (2009).
75. S. N. Davidoff, B. P. Call, P. C. Hogrebe, D. W. Grainger, and A. E. Brooks, Biomed. Sci. Instrumen. 46, 184 (2010).
76. P. A. Suci, D. L. Berglund, and L. Liepold, Chem. Biol. 14, 387 (2007).
77. A. G. Gristina and J. W. Costerton, J. Bone Joint Surg. Am. 67, 264 (1985).
78. S. Saleh, M. O. Taha, R. N. Haddadin, D. Marzooqa, and H. Hodali, Molecules 16, 2862 (2011).
79. S. J. Kramer, J. A. Spadaro, and D. A. Webster, Clin. Orthop. Relat. Res. 161, 154 (1981).
80. S. Jacquart, R. Siadous, C. Henocq-Pigasse, R. Bareille, C. Roques, C. Rey, and C. Combes, J. Mater. Sci.-Mater. Med. 24, 2665 (2013).
81. A. Taglietti, C. R. Arciola, A. D'Agostino, G. Dacarro, L. Montanaro, D. Campoccia, L. Cucca, M. Vercellino, A. Poggi, P. Pallavicini, and L. Visai, Biomaterials 35, 1779 (2014).
82. K. J. Woo, C. K. Hye, W. K. Ki, S. Sook, H. K. So, and H. P. Yong, Appl. Enviorn. Micro. 74, 2171 (2008).
83. P. D. Bragg and D. J. Rainnie, J. Microbiol. 20, 883 (1974).
84. J. R. Furr, A. D. Russell, T. D. Turner, and A. Andrews, J. Hosp. Infect. 27, 201 (1994).
85. W. J. A. Schreus and H. Rosenberg, J. Bacteriol. 152, 7 (1982).
86. Q. L. Feng, J. Wu, G. Q. Chen, F. Z. Cui, T. N. Kim, and J. O. Kim, J. Biomed. Mater. Res. 52, 662 (2000).
87. K. C. Chaw, M. Manimaran, and F. E. H. Tay, Antimicrob. Agents. Chemother. 49, 4853 (2005).
88. S. K. R. Namasivayam, B. B. Christo, S. M. K. Arasu, K. A. M. Kumar, and K. Deepak, Global Journal of Medical Research B 13, 2249 (2013).
89. F. Martinez-Gutierrez, L. Boegli, A. Agostinho, E. M. Sánchez, H. Bach, F. Ruiz, and G. James, Biofouling 29, 651 (2013).
90. K. Naik, A. Chatterjee, H. Prakash, and M. Kowshik, J. Biomed. Nanotechnol. 9, 664 (2013).
91. N. Stobie, B. Duffy, D. E. McCormack, J. Colreavy, M. Hidalgo, P. McHale, and S. J. Hinder, Biomaterials 29, 963 (2008).
92. A. Babapour, B. Yang, S. Bahang, and W. Cao, Nanotechnol. 22, 155602 (2011).
93. Q. Z. Chen, I. D. Thompson, and A. R. Boccaccini, Biomaterials 27, 2414 (2006).
94. S. R. Ramanan and R. Venkatesh, Mat. Lett. 58, 3320 (2004).
95. S. Jadalannagari, S. More, M. Kowshik, and S. R. Ramanan, Mater. Sci. Engg. C 31, 1534 (2011).
96. E. M. Hetrick, J. H. Shin, H. S. Paul, and M. H. Schoenfisch, Biomaterials 30, 2782 (2009).
97. F. Pishbin, V. Mouriño, J. B. Gilchrist, D. W. McComb, S. Kreppel, V. Salih, M. P. Ryan, and A. R. Boccaccini, Acta Biomater. 9, 7469 (2013).
98. S. N. Sawant, V. Selvaraj, V. Prabhawathi, and M. Doble, PLoS ONE 8, e63311 (2013).
99. C. Kumar, (ed.), Nanotechnologies for the Life Sciences, Wiley-VHC, Weinheim, Germany (2006), Vol. 5.
100. P. K. Stoimenov, R. L. Klinger, G. L. Marchin, and K. J. Klabunde, Langmuir 18, 6679 (2002).
101. R. P. Allaker, J. Dent. Res. 89, 1175 (2010).
102. H. Gholap, R. Patil, P. Yadav, A. Banpurkar, S. Ogale, and W. Gade, Nanotechnology 24, 195101 (2013).
103. F. Haghighi, S. R. Mohammdi, P. Mohammadi, and M. Eskandari, Arak University of Medical Sciences Journal 15, 27 (2012).
104. F. Haghighi, S. R. Mohammadi, P. Mohammadi, S. Hosseinkhani, and R. Shidpour, Infect. Epidemiol. Med. 1, 33 (2013).
105. Y. Ohko, Y. Nagao, K. Okano, N. Sugiura, A. Fukuda, Y. Yang, N. Negishi, M. Takeuchi, and S. Hanada, Photocatalysis. Microbes Environ. 24, 241 (2009).
106. E. Richards, Highlights in Chemical Technology, Royal Society of Chemistry, Burlington House, London, UK (2006).
107. A. A. Tayel, W. F. El-Tras, S. Moussa, A. F. El-Baz, H. Mahrous, M. F. Salem, and L. Brimer, J. Food Safety 31, 211 (2011).
108. G. Fu, P. S. Vary, and C. T. Lin, J. Phys. Chem. B 109, 8889 (2005).
109. R. J. Cava, Science 247, 656 (1990).
110. J. M. Tranquada, B. J. Sternlieb, J. D. Axe, Y. Nakamura, and S. Uchida, Nature 375, 561 (1995).
111. A. Azam, A. S. Ahmed, M. Oves, M. S. Khan, and A. Memic, Int. J. Nanomedicine 7, 3527 (2012).
112. I. Perelshtein, G. Applerot, N. Perkas, E. Wehrschuetz-Sigl, A. Hasmann, G. Guebitz, and A. Gedanken, Surf. Coat. Tech. 204, 54 (2009).
113. O. Mahapatra, M. Bhagat, C. Gopalakrishnan, and K. D. Arunachalam, J. Exp. Nanosci. 3, 185 (2008).
114. G. Ren, D. Hu, E. W. Cheng, M. A. Vargas-Reus, P. Reip, and R. P. Allaker, Int. J. Antimicrob. Agents 33, 587 (2009).
115. M. Eshed, J. Lellouche, S. Matalon, A. Gedanken, and E. Banin, Langmuir 28, 12288 (2012).
116. E. N. Taylor and T. J. Webster, Int. J. Nanomedicine 4, 145 (2009).
117. R. Qiao, C. Yang, and M. Gao, J. Mater. Chem. 19, 6274 (2009).
118. J. Park, K. An, and Y. Hwang, Nat. Mater. 3, 891 (2004).
119. S. L. Iconaru, A. M. Prodan, P. L. Coustumer, and D. Predoi, J. Chem. 2013(2013), doi: 10.1155/2013/412079.
120. I. Anghel, C. Limban, A. M. Grumezescu, A. G. Anghel, C. Bleotu, and M. C. Chifiriuc, Nanoscale Res. Lett. 7, 513 (2012).
121. K. Bruellhoff, J. Fiedler, M. Möller, J. Groll, and R. E. Brenner, Int. J. Artif. Organs 33, 646 (2010).
122. S. B. Goodman, Z. Yao, M. Keeney, and F. Yang, Biomaterials 34, 3174 (2013).
123. L. G. Harris, S. Tosatti, M. Wieland, M. Textor, and R. G. Richards, Biomaterials 25, 4135 (2004).
124. P. Kingshott, J. Wei, D. Bagge-Ravn, N. Gadegaard, and L. Gram, Langmuir 19, 6912 (2003).
125. F. Zhang, Z. Zhang, X. Zhu, E. T. Kang, and K. G. Neoh, Biomaterials 29, 4751 (2008).
126. P. J. Nowatzki, R. R. Koepsel, P. Stoodley, K. Min, A. Harper, H. Murata, J. Donfack, E. R. Hortelano, G. D. Ehrlich, and A. J. Russell, Acta Biomaterialia 8, 1869 (2012).
127. L. G. Harris, S. Tosatti, M. Wieland, M. Textor, and R. G. Richards, Biomaterials 25, 4135 (2004).
128. K. D. Park, Y. S. Kim, D. K. Han, Y. H. Kim, E. H. B. Lee, H. Suh, and K. S. Choi, Biomaterials 19, 851 (1998).
129. B. A. Nevius, Y. P. Chen, J. L. Ferry, and A. W. Decho, Ecotoxicology 21, 2205 (2012).
130. M. A. Hillmyer, Block Copolymers II, edited by V. Abetz, Advances in Polymer Science, Springer Berlin Heidelberg (2005), Vol. 190, p. 137.
131. P. Vashisth, K. Nikhil, S. C. Pemmaraju, P. A. Pruthi, V. Mallick, H. Singh, A. Patel, N. C. Mishra, R. P. Singh, and V. Pruthi, J. Bioact. Compat. Polym. 28, 652 (2013).
132. W. S. Cheow, M. W. Chang, and K. Hadinoto, Colloids Surf. Physicochem. Eng. Asp. 389, 158 (2011).
133. A. Shrestha, M. R. Hamblin, and A. Kishen, Nanomedicine 10, 491 (2014).
134. R. E. Marquis, Can. J. Microbiol. 41, 955 (1995).
135. R. E. Marquis, S. A. Clock, and M. Mota-Meira, FEMS Microbiol. Rev. 26, 493 (2003).
136. J. Lellouche, A. Friedman, J. P. Lellouche, A. Gedanken, and E. Banin, Nanomed-Nanotechnol. 8, 702 (2011).
137. J. Lellouche, A. Friedman, R. Lahmi, A. Gedanken, and E. Banin, Int. J. Nanomed. 7, 1175 (2012).
138. J. Lellouche, E. Kahana, S. Elias, A. Gedanken, and E. Banin, Biomaterials 5, 5969 (2009).
139. J. Lellouche, A. Friedman, A. Gedanken, and E. Banin, Int. J. Nanomed. 7, 5611 (2012).
140. N. Tran and P. A. Tran, Chemphyschem. 13, 2481 (2012).
141. R. Brayner, R. Ferrari-Lliou, N. Brivois, S. Djediat, M. F. Bebedetti, and F. Fievet, Nano Lett. 6, 866 (2006).
142. L. L. Zhang, Y. H. Jiang, Y. L. Ding, M. Povey, and D. York, J. Nanopart. Res. 9, 479 (2007).
143. K. M. Reddy, K. Feris, J. Bell, D. G. Wingett, C. Hanley, and A. Punnoose, Appl. Phys. Lett. 90, 2139021 (2007).
144. E. N. Taylor, K. M. Kummer, N. G. Durmus, K. Leuba, K. M. Tarquinio, and T. J. Webster, Small 8, 3016 (2012).
145. M. L. W. Knetsch and L. H. Koole, Polymers 3, 340 (2011).