Browse > Article
http://dx.doi.org/10.31613/ceramist.2018.21.3.05

In Vitro and Cell Imaging-Based Analysis of Protease Activity Using Nanoparticles  

Kim, Gae Baik (Department of Life Science, Hanyang University)
Kim, Young-Pil (Department of Life Science, Hanyang University)
Publication Information
Ceramist / v.21, no.3, 2018 , pp. 204-215 More about this Journal
Abstract
Proteases are one of the most abundant classes of enzymes in living organisms and have been considered major targets for drug development. However, despite the ability to specifically cleave their substrates, many attempts to assay protease activity have generally relied upon the use of gel zymography or fluorophore-labeled peptide substrates, which is limited in rapid and multiplex analysis. Here we review the recent advances in nanoparticle (NP)-utilized assays of protease activity focused on in vitro and cell imaging-based approaches. Owing to large surface area and unprecedented physical properties of NPs, these approaches are anticipated to facilitate many applications related to protease activity-based disease diagnosis and drug discovery.
Keywords
nanoparticle; protease; enzyme activity; cell imaging;
Citations & Related Records
Times Cited By KSCI : 1  (Citation Analysis)
연도 인용수 순위
1 d) T. L. Jennings, M. P. Singh, G. F. Strouse, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 5462 - 5467.   DOI
2 a) J. H. Kim, R. A. Estabrook, G. Braun, B. R. Lee, N. O. Reich, Chem. Commun. 2007, 4342 - 4344
3 b) J. M. Obliosca, P. C. Wang, F. G. Tseng, J. Colloid Interface Sci. 2012, 371, 34 - 41   DOI
4 c) W. J. Wang, C. L. Chen, M. X. Qian, X. S. Zhao, Anal. Biochem. 2008, 373, 213 - 219   DOI
5 d) Y. P. Kim, Y. H. Oh, H. S. Kim, Biosens. Bioelectron. 2008, 23, 980 - 986   DOI
6 e) S. Mayilo, M. A. Kloster, M. Wunderlich, A. Lutich, T. A. Klar, A. Nichtl, K. Kurzinger, F. D. Stefani, J. Feldmann, Nano Lett. 2009, 9, 4558 - 4563   DOI
7 f) B. S. S. Guirgis, C. S. E. Cunha, I. Gomes, M. Cavadas, I. Silva, G. Doria, G. L. Blatch, P. V. Baptista, E. Pereira, H. M. E. Azzazy, M. M. Mota, M. Prudencio, R. Franco, Anal. Bioanal. Chem. 2012, 402, 1019 - 1027   DOI
8 g) P. P. Hu, L. Q. Chen, C. Liu, S. J. Zhen, S. J. Xiao, L. Peng, Y. F. Li, C. Z. Huang, Chem. Commun. 2010, 46, 8285 - 8287.   DOI
9 a) H. Lee, K. Lee, I. K. Kim, T. G. Park, Biomaterials 2008, 29, 4709 - 4718   DOI
10 b) W. Y. Chen, G. Y. Lan, H. T. Chang, Anal. Chem. 2011, 83, 9450 - 9455   DOI
11 c) L. H. Jin, L. Shang, S. J. Guo, Y. X. Fang, D. Wen, L. Wang, J. Y. Yin, S. J. Dong, Biosens. Bioelectron. 2011, 26, 1965 - 1969.   DOI
12 S. Y. Park, S. M. Lee, G. B. Kim, Y. P. Kim, Gold Bull. 2012, 45, 213 - 219.   DOI
13 Y. P. Kim, W. L. Daniel, Z. Y. Xia, H. X. Xie, C. A. Mirkin, J. H. Rao, Chem. Commun. 2010, 46, 76-78.   DOI
14 a) P. L. Stiles, J. A. Dieringer, N. C. Shah, R. P. Van Duyne, Annu. Rev. Anal. Chem. 2008, 1, 601 - 626   DOI
15 P. L. Truong, X. Ma, S. J. Sim, Nanoscale 2014, 6, 2307 - 2315.   DOI
16 a) B. D. Moore, L. Stevenson, A. Watt, S. Flitsch, N. J. Turner, C. Cassidy, D. Graham, Nat. Biotechnol. 2004, 22, 1133 - 1138   DOI
17 b) R. Stevenson, S. McAughtrie, L. Senior, R. J. Stokes, H. McGachy, L. Tetley, P. Nativo, J. M. Brewer, J. Alexander, K. Faulds, D. Graham, Analyst 2013, 138, 6331 - 6336   DOI
18 c) N. N. Yazgan, I. H. Boyaci, E. Temur, U. Tamer, A. Topcu, Talanta 2010, 82, 631 - 639.   DOI
19 Z. T. Wu, Y. F. Liu, Y. Z. Liu, H. M. Xiao, A. G. Shen, X. D. Zhou, J. M. Hu, Biosens. Bioelectron. 2015, 65, 375 - 381.   DOI
20 X. Y. Wan, L. L. Zheng, P. F. Gao, X. X. Yang, C. M. Li, Y. F. Li, C. Z. Huang, Sci. Rep. 2014, 4, 4529
21 Y. W. Jun, S. Sheikholeslami, D. R. Hostetter, C. Tajon, C. S. Craik, A. P. Alivisatos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 17735 - 17740.   DOI
22 b) S. E. Bell, N. M. Sirimuthu, Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1012 - 1024   DOI
23 c) S. Schlìcker, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 4756 - 4795; Angew. Chem. 2014, 126, 4852 - 4894.   DOI
24 a) W. C. W. Chan, D. J. Maxwell, X. H. Gao, R. E. Bailey, M. Y. Han, S. M. Nie, Curr. Opin. Biotechnol. 2002, 13, 40 - 46   DOI
25 b) X. Y. Wu, H. J. Liu, J. Q. Liu, K. N. Haley, J. A. Treadway, J. P. Larson, N. F. Ge, F. Peale, M. P. Bruchez, Nat. Biotechnol. 2003, 21, 452 - 452
26 c) J. K. Jaiswal, H. Mattoussi, J. M. Mauro, S. M. Simon, Nat. Biotechnol. 2002, 21, 47 - 51
27 d) P. Hawrylak, G. A. Narvaez, M. Bayer, A. Forchel, Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 389 - 392   DOI
28 e) I. Moreels, Z. Hens, Small 2008, 4, 1866 - 1868   DOI
29 a) A. R. Clapp, I. L. Medintz, J. M. Mauro, B. R. Fisher, M. G. Bawendi, H. Mattoussi, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 301 - 310   DOI
30 f) X. Gao, Y. Cui, R. M. Levenson, L. W. Chung, S. Nie, Nat. Biotechnol. 2004, 22, 969 - 976.   DOI
31 b) C. Y. Zhang, H. C. Yeh, M. T. Kuroki, T. H. Wang, Nat. Mater. 2005, 4, 826 - 831   DOI
32 c) I. L. Medintz, A. R. Clapp, H. Mattoussi, E. R. Goldman, B. Fisher, J. M. Mauro, Nat. Mater. 2003, 2, 630 - 638   DOI
33 d) J. M. Mauro, I. L. Medintz, A. R. Clapp, H. Mattoussi, E. R. Goldman, B. Fisher, Nat. Mater. 2003, 2, 630 - 638   DOI
34 e) S. P. Wang, N. Mamedova, N. A. Kotov, W. Chen, J. Studer, Nano Lett. 2002, 2, 817 - 822   DOI
35 I. L. Medintz, A. R. Clapp, F. M. Brunel, T. Tiefenbrunn, H. T. Uyeda, E. L. Chang, J. R. Deschamps, P. E. Dawson, H. Mattoussi, Nat. Mater. 2006, 5, 581 - 589.   DOI
36 J. E. Ghadiali, S. B. Lowe, M. M. Stevens, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3417 - 3420; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 123, 3479 - 3482.   DOI
37 Y. P. Kim, Y. H. Oh, E. Oh, S. Ko, M. K. Han, H. S. Kim Anal. Chem. 2008, 80, 4634-4641   DOI
38 I. L. Medintz, A.R. Clapp, F. M. Brunel, T. Tiefenbrunn, T. Uyeda, E. L. Chang, J. R. Deschamps, P. E. Dawson, H. Mattoussi Nat. Mater. 2006, 5, 581-589.   DOI
39 M. Suzuki, Y. Husimi, H. Komatsu, K. Suzuki, K. T. Douglas, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5720 - 5725.   DOI
40 M. Wu, W. R. Algar, Anal. Chem. 2015, 87, 8078 - 8083.   DOI
41 D. Sivakumar, K. C. B. Naidu, K. P. Nazeer, M. M. Rafi, G. Ramesh kumar, B. Sathyaseelan, G. Killivalavan, A. A. Begam, J. Korean Ceram. Soc. 2018, 55, 230-238   DOI
42 b) K.Yu, S. Hu, J. Huang, L. H. Mei, Enzyme Microb. Technol. 2011, 49, 272 - 276   DOI
43 R. A. Frimpong, J. Z. Hilt, Nanomedicine 2010, 5, 1401 - 1414.   DOI
44 J. E. Ghadiali, S. B. Lowe, M. M. Stevens, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3417 - 3420; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 123, 3479 - 3482.   DOI
45 T. J. Harris, G. von Maltzahn, A. M. Derfus, E. Ruoslahti, S. N. Bhatia, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 3161 - 3165; Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 118, 3233 - 3237.   DOI
46 a) A. Radzicka, R. Wolfenden, Science 1995, 267, 90-93   DOI
47 b) D. Dunaway- Mariano, Structure 2008, 16, 1599-1600   DOI
48 c) O. Khersonsky, D. S. Tawfik, Annu. Rev. Biochem. 2010, 79, 471 - 505   DOI
49 a) T. K. Harris, M. M. Keshwani, Methods Enzymol. 2009, 463, 57 - 71
50 c) M. A. Sentandreu, F. Toldra, Nat. Protoc. 2006, 1, 2423 - 2427   DOI
51 c) M. De, P. S. Ghosh, V. M. Rotello, Adv. Mater. 2008, 20, 4225-4241   DOI
52 d) M. Maeda, H. Arakawa, A. Tsuji, J. Biolumin. Chemilumin. 1989, 4, 140-148.   DOI
53 a) E. C. Wang, A. Z. Wang, Integr. Biol. 2014, 6, 9 - 26   DOI
54 b) S. S. Agasti, S. Rana, M. H. Park, C. K. Kim, C. C. You, V. M. Rotello, Adv. Drug Delivery Rev. 2010, 62, 316 - 328   DOI
55 d) N. C. Tansil, Z. Q. Gao, Nano Today 2006, 1, 28-37.
56 a) R. A. Sperling, P. Rivera Gil, F. Zhang, M. Zanella, W. J. Parak, Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 1896 - 1908   DOI
57 b) M. Shah, V. D. Badwaik, R. Dakshinamurthy, J. Nanosci. Nanotechnol. 2014, 14, 344 - 362   DOI
58 c) M. C. Daniel, D. Astruc, Chem. Rev. 2004, 104, 293 - 346   DOI
59 d) K. Saha, S. S. Agasti, C. Kim, X. Li, V. M. Rotello, Chem. Rev. 2012, 112, 2739 - 2779.   DOI
60 E. Hutter, D. Maysinger, Trends Pharmacol. Sci. 2013, 34, 497-507   DOI
61 b) J. N. Anker, W. P. Hall, O. Lyandres, N. C. Shah, J. Zhao, R. P. Van Duyne, Nat. Mater. 2008, 7, 442 - 453   DOI
62 a) D. Vilela, M. C. Gonzalez, A. Escarpa, Anal. Chim. Acta 2012, 751, 24 - 43   DOI
63 b) W. Zhao, M. A. Brook, Y. Li, ChemBioChem 2008, 9, 2363-2371.   DOI
64 a) G. Doria, J. Conde, B. Veigas, L. Giestas, C. Almeida, M. Assuncao, J. Rosa, P. V. Baptista,Sensors 2012, 12, 1657 - 1687   DOI
65 c) P. D. Howes, R. Chandrawati, M. M. Stevens, Science 2014, 346, 53-63.
66 a) R. Elghanian, J. J. Storhoff, R. C. Mucic, R. L. Letsinger, C. A. Mirkin, Science 1997, 277, 1078 - 1081   DOI
67 b) D. Wei, M. J. Bailey, P. Andrew, T. Ryhanen, Lab Chip 2009, 9, 2123 - 2131.   DOI
68 c) J. E. Lee, J. H. Kim, S. H. Lee, J. Y. Kim, S. J. Mah, M. B. Gu, Biochip J. 2013, 7, 180 - 187.   DOI
69 G. B. Kim, K. H. Kim, Y. H. Park, S. Ko, Y. P. Kim, Biosens. Bioelectron. 2013, 41, 833 - 839   DOI
70 a) N. J. Ronkainen, H. B. Halsall, W. R. Heineman, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 1747 - 1763   DOI
71 M. A. Roberts, S. O. Kelly, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11356-11357.   DOI
72 a) B. Dubertret, M. Calame, A. J. Libchaber, Nat. Biotechnol. 2001, 19, 680 - 681   DOI
73 b) E. Dulkeith, A. C. Morteani, T. Niedereichholz, T. A. Klar, J. Feldmann, S. A. Levi, F. C. J. M. van Veggel, D. N. Reinhoudt, M. Moller, D. I. Gittins, Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 203002   DOI
74 e) G. P. Acuna, M. Bucher, I. H. Stein, C. Steinhauer, A. Kuzyk, P. Holzmeister, R. Schreiber, A. Moroz, F. D. Stefani, T. Liedl, F. C. Simmel, P. Tinnefeld, ACS Nano 2012, 6, 3189 - 3195.   DOI
75 b) N. L. Rosi, C. A. Mirkin, Chem. Rev. 2005, 105, 1547 - 1562   DOI
76 c) D. J. Maxwell, J. R. Taylor, S. M. Nie, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 9606 - 9612   DOI
77 d) U. H. F. Bunz, V. M. Rotello, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 3268 - 3279; Angew. Chem. 2010, 122, 3338 - 3350   DOI
78 a) T. Sen, S. Sadhu, A. Patra, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 043104   DOI
79 b) C. S. Yun, A. Javier, T. Jennings, M. Fisher, S. Hira, S. Peterson, B. Hopkins, N. O. Reich, G. F. Strouse, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3115 - 3119   DOI
80 c) E. Oh, M. Y. Hong, D. Lee, S. H. Nam, H. C. Yoon, H. S. Kim, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3270 - 3271   DOI