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Zhao QH, Cao FH, Luo ZH, Huck WTS, Deng NN. Photoswitchable Molecular Communication between Programmable DNA-Based Artificial Membraneless Organelles. Angew Chem Int Ed Engl 2022; 61:e202117500. [PMID: 35090078 DOI: 10.1002/anie.202117500] [Citation(s) in RCA: 11] [Impact Index Per Article: 5.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/22/2021] [Indexed: 01/26/2023]
Abstract
Spatiotemporal organization of distinct biological processes in cytomimetic compartments is a crucial step towards engineering functional artificial cells. Mimicking controlled bi-directional molecular communication inside artificial cells remains a considerable challenge. Here we present photoswitchable molecular transport between programmable membraneless organelle-like DNA coacervates in a synthetic microcompartment. We use droplet microfluidics to fabricate membraneless non-fusing DNA coacervates by liquid-liquid phase separation in a water-in-oil droplet, and employ the interior DNA coacervates as artificial organelles to imitate intracellular communication via photo-regulated uni- and bi-directional transfer of biomolecules. Our results highlight a promising new route to assembly of multicompartment artificial cells with functional networks.
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Affiliation(s)
- Qi-Hong Zhao
- Shanghai Jiao Tong University, School of Chemistry and Chemical Engineering, Frontiers Science Center for Transformative Molecules, 800 Dongchuan Road, Shanghai, 200240, China
| | - Fang-Hao Cao
- Shanghai Jiao Tong University, School of Chemistry and Chemical Engineering, Frontiers Science Center for Transformative Molecules, 800 Dongchuan Road, Shanghai, 200240, China
| | - Zhen-Hong Luo
- Shanghai Jiao Tong University, School of Chemistry and Chemical Engineering, Frontiers Science Center for Transformative Molecules, 800 Dongchuan Road, Shanghai, 200240, China
| | - Wilhelm T S Huck
- Radboud University, Institute for Molecules and Materials, Heyendaalseweg 135, 6525 AJ, Nijmegen, the Netherlands
| | - Nan-Nan Deng
- Shanghai Jiao Tong University, School of Chemistry and Chemical Engineering, Frontiers Science Center for Transformative Molecules, 800 Dongchuan Road, Shanghai, 200240, China
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Zhao QH, Cao FH, Luo ZH, Huck WTS, Deng NN. Photoswitchable Molecular Communication between Programmable DNA‐based Artificial Membraneless Organelles. Angew Chem Int Ed Engl 2022. [DOI: 10.1002/ange.202117500] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/08/2022]
Affiliation(s)
- Qi-Hong Zhao
- Shanghai Jiao Tong University School of Chemistry and Chemical Engineering CHINA
| | - Fang-Hao Cao
- Shanghai Jiao Tong University School of Chemistry and Chemical Engineering CHINA
| | - Zhen-Hong Luo
- Shanghai Jiao Tong University School of Chemistry and Chemical Engineering CHINA
| | - Wilhelm T. S. Huck
- Radboud University Institute for Molecules and Materials: Radboud Universiteit Institute for Molecules and Materials Institue for Molecules and Materials NETHERLANDS
| | - Nan-Nan Deng
- Shanghai Jiao Tong University Chemistry and Chemical Engineering 800 Dongchuan RD. Minhang District 200240 Shanghai CHINA
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Maity I, Sharma C, Lossada F, Walther A. Feedback and Communication in Active Hydrogel Spheres with pH Fronts: Facile Approaches to Grow Soft Hydrogel Structures. Angew Chem Int Ed Engl 2021. [DOI: 10.1002/ange.202109735] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 0.7] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/16/2023]
Affiliation(s)
- Indrajit Maity
- A3BMS Lab Department of Chemistry University of Mainz Duesbergweg 10–14 55128 Mainz Germany
- Freiburg Institute for Advanced Studies University of Freiburg Freiburg Germany
| | - Charu Sharma
- A3BMS Lab Department of Chemistry University of Mainz Duesbergweg 10–14 55128 Mainz Germany
| | - Francisco Lossada
- A3BMS Lab Department of Chemistry University of Mainz Duesbergweg 10–14 55128 Mainz Germany
| | - Andreas Walther
- A3BMS Lab Department of Chemistry University of Mainz Duesbergweg 10–14 55128 Mainz Germany
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Maity I, Sharma C, Lossada F, Walther A. Feedback and Communication in Active Hydrogel Spheres with pH Fronts: Facile Approaches to Grow Soft Hydrogel Structures. Angew Chem Int Ed Engl 2021; 60:22537-22546. [PMID: 34347941 PMCID: PMC8518392 DOI: 10.1002/anie.202109735] [Citation(s) in RCA: 27] [Impact Index Per Article: 9.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/21/2021] [Indexed: 12/12/2022]
Abstract
Compartmentalized reaction networks regulating signal processing, communication and pattern formation are central to living systems. Towards achieving life-like materials, we compartmentalized urea-urease and more complex urea-urease/ester-esterase pH-feedback reaction networks into hydrogel spheres and investigate how fuel-driven pH fronts can be sent out from these spheres and regulated by internal reaction networks. Membrane characteristics are installed by covering urease spheres with responsive hydrogel shells. We then encapsulate the two networks (urea-urease and ester-esterase) separately into different hydrogel spheres to devise communication, pattern formation and attraction. Moreover, these pH fronts and patterns can be used for self-growing hydrogels, and for developing complex geometries from non-injectable hydrogels without 3D printing tools. This study opens possibilities for compartmentalized feedback reactions and their use in next generation materials fabrication.
Collapse
Affiliation(s)
- Indrajit Maity
- A3BMS LabDepartment of ChemistryUniversity of MainzDuesbergweg 10–1455128MainzGermany
- Freiburg Institute for Advanced StudiesUniversity of FreiburgFreiburgGermany
| | - Charu Sharma
- A3BMS LabDepartment of ChemistryUniversity of MainzDuesbergweg 10–1455128MainzGermany
| | - Francisco Lossada
- A3BMS LabDepartment of ChemistryUniversity of MainzDuesbergweg 10–1455128MainzGermany
| | - Andreas Walther
- A3BMS LabDepartment of ChemistryUniversity of MainzDuesbergweg 10–1455128MainzGermany
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Climent E, Biyikal M, Gröninger D, Weller MG, Martínez‐Máñez R, Rurack K. Multiplexed Detection of Analytes on Single Test Strips with Antibody-Gated Indicator-Releasing Mesoporous Nanoparticles. Angew Chem Int Ed Engl 2020; 59:23862-23869. [PMID: 32894638 PMCID: PMC7756650 DOI: 10.1002/anie.202009000] [Citation(s) in RCA: 20] [Impact Index Per Article: 5.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/29/2020] [Revised: 08/25/2020] [Indexed: 12/28/2022]
Abstract
Rapid testing methods for the use directly at a point of need are expected to unfold their true potential especially when offering adequate capabilities for the simultaneous measurement of multiple analytes of interest. Considering the unique modularity, high sensitivity, and selectivity of antibody‐gated indicator delivery (gAID) systems, a multiplexed assay for three small‐molecule explosives (TATP, TNT, PETN) was thus developed, allowing to detect the analytes simultaneously with a single test strip at lower ppb concentrations in the liquid phase in <5 min using a fluorescence reader or a smartphone for readout. While the TNT and PETN systems were newly developed here, all the three systems also tolerated harsher matrices than buffered aqueous model solutions. Besides a single‐track strip, the outstanding modularity of the hybrid biosensor materials in combination with strip‐patterning technologies allowed us to obtain a multichannel strip in a straightforward manner, offering comparable analytical performance while allowing to be tailored even more to the user's need.
Collapse
Affiliation(s)
- Estela Climent
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)Richard-Willstätter-Str. 1112489BerlinGermany
| | - Mustafa Biyikal
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)Richard-Willstätter-Str. 1112489BerlinGermany
| | - Delia Gröninger
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)Richard-Willstätter-Str. 1112489BerlinGermany
| | - Michael G. Weller
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)Richard-Willstätter-Str. 1112489BerlinGermany
| | - Ramón Martínez‐Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de ValènciaCamino de Vera, s/n46022ValenciaSpain
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y NanomedicinaUniversitat Politècnica de ValènciaCentro de Investigación Príncipe FelipeC/ Eduardo Primo Yúfera 346012ValenciaSpain
- CIBER de BioingenieríaBiomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)Spain
| | - Knut Rurack
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)Richard-Willstätter-Str. 1112489BerlinGermany
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Climent E, Biyikal M, Gröninger D, Weller MG, Martínez‐Máñez R, Rurack K. Multiplex‐Nachweis von Analyten auf einem einzelnen Teststreifen mit Antikörper‐gesteuerten und Indikator freisetzenden mesoporösen Nanopartikeln. Angew Chem Int Ed Engl 2020. [DOI: 10.1002/ange.202009000] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 1.3] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/16/2022]
Affiliation(s)
- Estela Climent
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Richard-Willstätter-Str. 11 12489 Berlin Deutschland
| | - Mustafa Biyikal
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Richard-Willstätter-Str. 11 12489 Berlin Deutschland
| | - Delia Gröninger
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Richard-Willstätter-Str. 11 12489 Berlin Deutschland
| | - Michael G. Weller
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Richard-Willstätter-Str. 11 12489 Berlin Deutschland
| | - Ramón Martínez‐Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) Universitat Politècnica de València Universitat de València Camino de Vera, s/n 46022 Valencia Spanien
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina Universitat Politècnica de València Centro de Investigación Príncipe Felipe C/ Eduardo Primo Yúfera 3 46012 Valencia Spanien
- CIBER de Bioingeniería Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN) Spanien
| | - Knut Rurack
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Richard-Willstätter-Str. 11 12489 Berlin Deutschland
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de Luis B, Llopis-Lorente A, Rincón P, Gadea J, Sancenón F, Aznar E, Villalonga R, Murguía JR, Martínez-Máñez R. An Interactive Model of Communication between Abiotic Nanodevices and Microorganisms. Angew Chem Int Ed Engl 2019; 58:14986-14990. [PMID: 31424153 DOI: 10.1002/anie.201908867] [Citation(s) in RCA: 29] [Impact Index Per Article: 5.8] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/16/2019] [Indexed: 11/06/2022]
Abstract
The construction of communication models at the micro-/nanoscale involving abiotic nanodevices and living organisms has the potential to open a wide range of applications in biomedical and communication technologies. However, this area remains almost unexplored. Herein, we report, as a proof of concept, a stimuli-responsive interactive paradigm of communication between yeasts (as a model microorganism) and enzyme-controlled Janus Au-mesoporous silica nanoparticles. In the presence of the stimulus, the information flows from the microorganism to the nanodevice, and then returns from the nanodevice to the microorganism as a feedback.
Collapse
Affiliation(s)
- Beatriz de Luis
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN), Spain
| | - Antoni Llopis-Lorente
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN), Spain
| | - Paola Rincón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain
| | - José Gadea
- Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), Universitat Politècnica de València (UPV)-Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Valencia, Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN), Spain
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN), Spain
| | - Reynaldo Villalonga
- Nanosensors & Nanomachines Group, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid, Madrid, Spain
| | - José Ramón Murguía
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN), Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politècnica de València, Universitat de València, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN), Spain.,Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina, Universitat Politècnica de València, Centro de Investigación Príncipe Felipe, Valencia, Spain.,Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores, Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación Sanitaria La Fe, Valencia, Spain
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Luis B, Llopis‐Lorente A, Rincón P, Gadea J, Sancenón F, Aznar E, Villalonga R, Murguía JR, Martínez‐Máñez R. An Interactive Model of Communication between Abiotic Nanodevices and Microorganisms. Angew Chem Int Ed Engl 2019. [DOI: 10.1002/ange.201908867] [Citation(s) in RCA: 3] [Impact Index Per Article: 0.6] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 02/06/2023]
Affiliation(s)
- Beatriz Luis
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) Universitat Politècnica de València Universitat de València Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN) Spain
| | - Antoni Llopis‐Lorente
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) Universitat Politècnica de València Universitat de València Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN) Spain
| | - Paola Rincón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) Universitat Politècnica de València Universitat de València Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
| | - José Gadea
- Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP) Universitat Politècnica de València (UPV)-Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) Valencia Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) Universitat Politècnica de València Universitat de València Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN) Spain
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) Universitat Politècnica de València Universitat de València Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN) Spain
| | - Reynaldo Villalonga
- Nanosensors & Nanomachines Group Department of Analytical Chemistry Faculty of Chemistry Complutense University of Madrid Madrid Spain
| | - José Ramón Murguía
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) Universitat Politècnica de València Universitat de València Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN) Spain
| | - Ramón Martínez‐Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) Universitat Politècnica de València Universitat de València Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina, (CIBER-BBN) Spain
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de Enfermedades y Nanomedicina Universitat Politècnica de València Centro de Investigación Príncipe Felipe Valencia Spain
- Unidad Mixta de Investigación en Nanomedicina y Sensores Universitat Politècnica de València Instituto de Investigación Sanitaria La Fe Valencia Spain
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Hernández Montoto A, Llopis‐Lorente A, Gorbe M, M. Terrés J, Cao‐Milán R, Díaz de Greñu B, Alfonso M, Ibañez J, Marcos MD, Orzáez M, Villalonga R, Martínez‐Máñez R, Sancenón F. Janus Gold Nanostars–Mesoporous Silica Nanoparticles for NIR‐Light‐Triggered Drug Delivery. Chemistry 2019; 25:8471-8478. [DOI: 10.1002/chem.201900750] [Citation(s) in RCA: 22] [Impact Index Per Article: 4.4] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/18/2019] [Indexed: 01/28/2023]
Affiliation(s)
- Andy Hernández Montoto
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y, Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de València València Spain
| | - Antoni Llopis‐Lorente
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y, Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de València València Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Mónica Gorbe
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y, Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de València València Spain
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de, Enfermedades y Nanomedicina ValenciaUniversitat Politècnica de, València, Centro de Investigación Príncipe Felipe València Spain
| | - José M. Terrés
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y, Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de València València Spain
| | - Roberto Cao‐Milán
- Facultad de QuímicaUniversidad de la Habana Calle Zapata, s/n 10400 La Habana Cuba
| | - Borja Díaz de Greñu
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y, Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de València València Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - María Alfonso
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y, Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de València València Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
| | - Javier Ibañez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y, Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de València València Spain
| | - María D. Marcos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y, Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de València València Spain
- Departamento de QuímicaUniversitat Politècnica de València Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de, Enfermedades y Nanomedicina ValenciaUniversitat Politècnica de, València, Centro de Investigación Príncipe Felipe València Spain
| | - Mar Orzáez
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de, Enfermedades y Nanomedicina ValenciaUniversitat Politècnica de, València, Centro de Investigación Príncipe Felipe València Spain
| | - Reynaldo Villalonga
- Department of Analytical ChemistryFaculty of ChemistryComplutense University of Madrid Av. Complutense, s/n 28040 Madrid Spain
| | - Ramón Martínez‐Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y, Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de València València Spain
- Departamento de QuímicaUniversitat Politècnica de València Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de, Enfermedades y Nanomedicina ValenciaUniversitat Politècnica de, València, Centro de Investigación Príncipe Felipe València Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y, Desarrollo Tecnológico (IDM)Universitat Politècnica de ValènciaUniversitat de València València Spain
- Departamento de QuímicaUniversitat Politècnica de València Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN)
- Unidad Mixta UPV-CIPF de Investigación en Mecanismos de, Enfermedades y Nanomedicina ValenciaUniversitat Politècnica de, València, Centro de Investigación Príncipe Felipe València Spain
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de la Torre C, Domínguez-Berrocal L, Murguía JR, Marcos MD, Martínez-Máñez R, Bravo J, Sancenón F. ϵ
-Polylysine-Capped Mesoporous Silica Nanoparticles as Carrier of the C
9h
Peptide to Induce Apoptosis in Cancer Cells. Chemistry 2018; 24:1890-1897. [DOI: 10.1002/chem.201704161] [Citation(s) in RCA: 25] [Impact Index Per Article: 4.2] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/05/2017] [Indexed: 01/22/2023]
Affiliation(s)
- Cristina de la Torre
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento, Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politècnica de, Valencia, Universitat de València; Valencia Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina; Madrid Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
| | - Leticia Domínguez-Berrocal
- Departamento de Genómica y Proteómica; Instituto de, Biomedicina de Valencia; c/ Jaime Roig 11 46010 Valencia Spain
| | - José R. Murguía
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento, Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politècnica de, Valencia, Universitat de València; Valencia Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina; Madrid Spain
| | - M. Dolores Marcos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento, Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politècnica de, Valencia, Universitat de València; Valencia Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina; Madrid Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento, Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politècnica de, Valencia, Universitat de València; Valencia Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina; Madrid Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
| | - Jerónimo Bravo
- Departamento de Genómica y Proteómica; Instituto de, Biomedicina de Valencia; c/ Jaime Roig 11 46010 Valencia Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento, Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM); Universitat Politècnica de, Valencia, Universitat de València; Valencia Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina; Madrid Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
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11
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Affiliation(s)
- Patricia Remón
- CIQSO-Center for Research in Sustainable Chemistry and Department of Chemistry; University of Huelva; Campus de El Carmen s/n 21071 Huelva Spain
| | - Uwe Pischel
- CIQSO-Center for Research in Sustainable Chemistry and Department of Chemistry; University of Huelva; Campus de El Carmen s/n 21071 Huelva Spain
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Pascual L, El Sayed S, Marcos MD, Martínez-Máñez R, Sancenón F. Acetylcholinesterase-capped Mesoporous Silica Nanoparticles Controlled by the Presence of Inhibitors. Chem Asian J 2017; 12:775-784. [PMID: 28169488 DOI: 10.1002/asia.201700031] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 0.9] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/09/2017] [Indexed: 11/06/2022]
Abstract
Two different acetylcholinesterase (AChE)-capped mesoporous silica nanoparticles (MSNs), S1-AChE and S2-AChE, were prepared and characterized. MSNs were loaded with rhodamine B and the external surface was functionalized with either pyridostigmine derivative P1 (to yield solid S1) or neostigmine derivative P2 (to obtain S2). The final capped materials were obtained by coordinating grafted P1 or P2 with AChE's active sites (to give S1-AChE and S2-AChE, respectively). Both materials were able to release rhodamine B in the presence of diisopropylfluorophosphate (DFP) or neostigmine in a concentration-dependent manner via the competitive displacement of AChE through DFP and neostigmine coordination with the AChE's active sites. The responses of S1-AChE and S2-AChE were also tested with other enzyme inhibitors and substrates. These studies suggest that S1-AChE nanoparticles can be used for the selective detection of nerve agent simulant DFP and paraoxon.
Collapse
Affiliation(s)
- Lluís Pascual
- Departamento de Química, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politécnica de Valencia, Universitat de Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Sameh El Sayed
- Departamento de Química, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politécnica de Valencia, Universitat de Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - María D Marcos
- Departamento de Química, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politécnica de Valencia, Universitat de Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Departamento de Química, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politécnica de Valencia, Universitat de Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN), Spain
| | - Félix Sancenón
- Departamento de Química, Universidad Politécnica de Valencia, Camino de Vera s/n, 46022, Valencia, Spain.,Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento MolecularyDesarrollo Tecnológico (IDM), Universitat Politécnica de Valencia, Universitat de Valencia, Spain.,CIBER de Bioingeniería, BiomaterialesyNanomedicina (CIBER-BBN), Spain
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Park C, Yang BJ, Jeong KB, Kim CB, Lee S, Ku BC. Signal-Induced Release of Guests from a Photolatent Metal-Phenolic Supramolecular Cage and Its Hybrid Assemblies. Angew Chem Int Ed Engl 2017. [DOI: 10.1002/ange.201701152] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 0.9] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/03/2023]
Affiliation(s)
- Chiyoung Park
- Institute of Advanced Composite Materials; Korea Institute of Science and Technology; Chudong-ro 92, Bondong-eup, Wanju-gun Jeonbuk 55324 Korea
| | - Beom Joo Yang
- Institute of Advanced Composite Materials; Korea Institute of Science and Technology; Chudong-ro 92, Bondong-eup, Wanju-gun Jeonbuk 55324 Korea
| | - Ki Beom Jeong
- Institute of Advanced Composite Materials; Korea Institute of Science and Technology; Chudong-ro 92, Bondong-eup, Wanju-gun Jeonbuk 55324 Korea
- Department of Advanced Materials Engineering; University of Suwon; Hwaseong-si 445-743 South Korea
| | - Chae Bin Kim
- Institute of Advanced Composite Materials; Korea Institute of Science and Technology; Chudong-ro 92, Bondong-eup, Wanju-gun Jeonbuk 55324 Korea
| | - Seunghyun Lee
- Department of Advanced Materials Engineering; University of Suwon; Hwaseong-si 445-743 South Korea
| | - Bon-Cheol Ku
- Institute of Advanced Composite Materials; Korea Institute of Science and Technology; Chudong-ro 92, Bondong-eup, Wanju-gun Jeonbuk 55324 Korea
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Park C, Yang BJ, Jeong KB, Kim CB, Lee S, Ku BC. Signal-Induced Release of Guests from a Photolatent Metal-Phenolic Supramolecular Cage and Its Hybrid Assemblies. Angew Chem Int Ed Engl 2017; 56:5485-5489. [DOI: 10.1002/anie.201701152] [Citation(s) in RCA: 38] [Impact Index Per Article: 5.4] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/01/2017] [Revised: 02/22/2017] [Indexed: 11/08/2022]
Affiliation(s)
- Chiyoung Park
- Institute of Advanced Composite Materials; Korea Institute of Science and Technology; Chudong-ro 92, Bondong-eup, Wanju-gun Jeonbuk 55324 Korea
| | - Beom Joo Yang
- Institute of Advanced Composite Materials; Korea Institute of Science and Technology; Chudong-ro 92, Bondong-eup, Wanju-gun Jeonbuk 55324 Korea
| | - Ki Beom Jeong
- Institute of Advanced Composite Materials; Korea Institute of Science and Technology; Chudong-ro 92, Bondong-eup, Wanju-gun Jeonbuk 55324 Korea
- Department of Advanced Materials Engineering; University of Suwon; Hwaseong-si 445-743 South Korea
| | - Chae Bin Kim
- Institute of Advanced Composite Materials; Korea Institute of Science and Technology; Chudong-ro 92, Bondong-eup, Wanju-gun Jeonbuk 55324 Korea
| | - Seunghyun Lee
- Department of Advanced Materials Engineering; University of Suwon; Hwaseong-si 445-743 South Korea
| | - Bon-Cheol Ku
- Institute of Advanced Composite Materials; Korea Institute of Science and Technology; Chudong-ro 92, Bondong-eup, Wanju-gun Jeonbuk 55324 Korea
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Llopis-Lorente A, Díez P, de la Torre C, Sánchez A, Sancenón F, Aznar E, Marcos MD, Martínez-Ruíz P, Martínez-Máñez R, Villalonga R. Enzyme-Controlled Nanodevice for Acetylcholine-Triggered Cargo Delivery Based on Janus Au-Mesoporous Silica Nanoparticles. Chemistry 2017; 23:4276-4281. [DOI: 10.1002/chem.201700603] [Citation(s) in RCA: 21] [Impact Index Per Article: 3.0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/09/2017] [Indexed: 12/13/2022]
Affiliation(s)
- Antoni Llopis-Lorente
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - Paula Díez
- Department of Analytical Chemistry; Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid; 28040 Madrid Spain
| | - Cristina de la Torre
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - Alfredo Sánchez
- Department of Analytical Chemistry; Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid; 28040 Madrid Spain
- IMDEA Nanoscience Cantoblanco University City; 28049 Madrid Spain
| | - Félix Sancenón
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - Elena Aznar
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - María D. Marcos
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - Paloma Martínez-Ruíz
- Department of Organic Chemistry I, Faculty of Chemistry; Complutense University of Madrid; 28040 Madrid Spain
| | - Ramón Martínez-Máñez
- Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM), Universidat Politécnica de Valencia; Universitat de Valencia; Spain
- Departamento de Química; Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera s/n 46022 Valencia Spain
- CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN); Spain
| | - Reynaldo Villalonga
- Department of Analytical Chemistry; Faculty of Chemistry, Complutense University of Madrid; 28040 Madrid Spain
- IMDEA Nanoscience Cantoblanco University City; 28049 Madrid Spain
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Balogh D, Aleman Garcia MA, Albada HB, Willner I. Programmed Synthesis by Stimuli-Responsive DNAzyme-Modified Mesoporous SiO2Nanoparticles. Angew Chem Int Ed Engl 2015. [DOI: 10.1002/ange.201501777] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 0.7] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/11/2022]
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Balogh D, Aleman Garcia MA, Albada HB, Willner I. Programmed Synthesis by Stimuli-Responsive DNAzyme-Modified Mesoporous SiO2 Nanoparticles. Angew Chem Int Ed Engl 2015; 54:11652-6. [PMID: 25959900 DOI: 10.1002/anie.201501777] [Citation(s) in RCA: 33] [Impact Index Per Article: 3.7] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/24/2015] [Revised: 04/02/2015] [Indexed: 12/31/2022]
Abstract
DNAzyme-capped mesoporous SiO2 nanoparticles (MP SiO2 NPs) are applied as stimuli-responsive containers for programmed synthesis. Three types of MP SiO2 NPs are prepared by loading the NPs with Cy3-DBCO (DBCO=dibenzocyclooctyl), Cy5-N3 , and Cy7-N3 , and capping the NP containers with the Mg(2+) , Zn(2+) , and histidine-dependent DNAzyme sequences, respectively. In the presence of Mg(2+) and Zn(2+) ions as triggers, the respective DNAzyme-capped NPs are unlocked, leading to the "click" reaction product Cy3-Cy5. In turn, in the presence of Mg(2+) ions and histidine as triggers the second set of DNAzyme-capped NPs is unlocked leading to the Cy3-Cy7 conjugated product. The unloading of the respective NPs and the time-dependent formation of the products are followed by fluorescence spectroscopy (FRET). A detailed kinetic model for the formation of the different products is formulated and it correlates nicely with the experimental results.
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Affiliation(s)
- Dora Balogh
- The Hebrew University of Jerusalem, Institute of Chemistry, Center for Nanoscience and Nanotechnology, Jerusalem, 91904 (Israel)
| | - Miguel Angel Aleman Garcia
- The Hebrew University of Jerusalem, Institute of Chemistry, Center for Nanoscience and Nanotechnology, Jerusalem, 91904 (Israel)
| | - H Bauke Albada
- The Hebrew University of Jerusalem, Institute of Chemistry, Center for Nanoscience and Nanotechnology, Jerusalem, 91904 (Israel).
| | - Itamar Willner
- The Hebrew University of Jerusalem, Institute of Chemistry, Center for Nanoscience and Nanotechnology, Jerusalem, 91904 (Israel).
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Knežević NŽ, Durand J. Targeted Treatment of Cancer with Nanotherapeutics Based on Mesoporous Silica Nanoparticles. Chempluschem 2015. [DOI: 10.1002/cplu.201402369] [Citation(s) in RCA: 49] [Impact Index Per Article: 5.4] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/07/2022]
Affiliation(s)
- Nikola Ž. Knežević
- Faculty of Pharmacy, European University, Trg mladenaca 5, 21000 Novi Sad (Serbia)
- Institut Charles Gerhardt Montpellier, UMR 5253 CNRS‐UM2‐ENSCM‐UM1, CC1701 Equipe Chimie Moléculaire et Organisation du Solide, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 05 (France)
| | - Jean‐Olivier Durand
- Institut Charles Gerhardt Montpellier, UMR 5253 CNRS‐UM2‐ENSCM‐UM1, CC1701 Equipe Chimie Moléculaire et Organisation du Solide, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 05 (France)
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