journal article·2019Open access

Hybrid lipid–nanoparticle complexes for biomedical applications

Kevin M. Vargas, Young-Seok Shon

Abstract

Biomolecule-nanoparticle hybrids have proven to be one of most promising frontiers in biomedical research. In recent years, there has been an increased focus on the development of hybrid lipid-nanoparticle complexes (HLNCs) which inherit unique properties of both the inorganic nanoparticles and the lipid assemblies (i.e. liposomes, lipoproteins, solid lipid nanoparticles, and nanoemulsions) that comprise them. In combination of their component parts, HLNCs also gain new functionalities which are utilized for numerous biomedical applications (i.e. stimuli-triggered drug release, photothermal therapy, and bioimaging). The localization of nanoparticles within the lipid assemblies largely dictates the attributes and functionalities of the hybrid complexes and are classified as such: (i) liposomes with surface-bound nanoparticles, (ii) liposomes with bilayer-embedded nanoparticles, (iii) liposomes with core-encapsulated nanoparticles, (iv) lipid assemblies with hydrophobic core-encapsulated nanoparticles, and (v) lipid bilayer-coated nanoparticles. Herein, we review the properties of each hybrid and the rational design of HLNCs for biomedical applications as reported by recent investigations. Future directions in advancing and expanding the scope of HLNCs are also proposed.
Source: openalex_inverted_index · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Nanoparticle-Based Drug Delivery · Lipid Membrane Structure and Behavior · Gold and Silver Nanoparticles Synthesis and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Chemistry & Biochemistry

California State University Long Beach

Long Beach

USA

Funding

National Institute of General Medical Sciences

References (100+)

Show source-provided references
1. Yang · Chem. Rev. · 2015 · 115 · 1041010.1021/acs.chemrev.5b00193 ↗
2. Mohammed · Particuology · 2017 · 30 · 110.1016/j.partic.2016.06.001 ↗
3. Rie · Nanoscale · 2017 · 9 · 852510.1039/C7NR00400A ↗
4. Yang · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 53010.1039/C2CS35342C ↗
5. Alarcon · Nanoscale · 2016 · 8 · 648410.1039/C6NR01339B ↗
6. Gavia · ChemCatChem · 2015 · 7 · 89210.1002/cctc.201402865 ↗
7. Rai · Crit. Rev. Microbiol. · 2016 · 42 · 696
8. Chandra · Adv. Drug Delivery Rev. · 2011 · 63 · 126710.1016/j.addr.2011.06.003 ↗
9. He · Colloids Surf. · 2014 · 124 · 11810.1016/j.colsurfb.2014.06.002 ↗
10. Sapsford · Chem. Rev. · 2013 · 115 · 190410.1021/cr300143v ↗
11. Ueno · Angew. Chem., Int. Ed. · 2004 · 43 · 252710.1002/anie.200353436 ↗
12. Li · Biomaterials · 2008 · 29 · 361710.1016/j.biomaterials.2008.05.020 ↗
13. Daniel · Chem. Rev. · 2004 · 104 · 29310.1021/cr030698+ ↗
14. Katz · Angew. Chem., Int. Ed. · 2004 · 43 · 604210.1002/anie.200400651 ↗
15. Medintz · Nat. Mater. · 2005 · 4 · 43510.1038/nmat1390 ↗
16. Biju · Anal. Bioanal. Chem. · 2008 · 391 · 246910.1007/s00216-008-2185-7 ↗
17. Gupta · Nanomedicine · 2007 · 2 · 2310.2217/17435889.2.1.23 ↗
18. Allen · Adv. Drug Delivery Rev. · 2013 · 65 · 3610.1016/j.addr.2012.09.037 ↗
19. Thaxton · Adv. Drug Delivery Rev. · 2016 · 106 · 11610.1016/j.addr.2016.04.020 ↗
20. Kalaycioglu · Colloids Surf., A · 2016 · 510 · 7710.1016/j.colsurfa.2016.06.034 ↗
21. James · Clin. Oncol. · 1994 · 6 · 29410.1016/S0936-6555(05)80269-9 ↗
22. Haluska · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2006 · 103 · 1584110.1073/pnas.0602766103 ↗
23. Lei · Biophys. J. · 2003 · 85 · 158510.1016/S0006-3495(03)74590-1 ↗
24. Marrink · J. Am. Chem. Soc. · 2003 · 125 · 1114410.1021/ja036138+ ↗
25. Prausnitz · Nat. Biotechnol. · 2008 · 26 · 126110.1038/nbt.1504 ↗
26. Sinico · Expert Opin. Drug Delivery · 2009 · 6 · 81310.1517/17425240903071029 ↗
27. Zhang · Nano Lett. · 2006 · 6 · 813
28. Moghimi · Prog. Lipid Res. · 2003 · 42 · 46310.1016/S0163-7827(03)00033-X ↗
29. Zhang · Soft Matter · 2007 · 3 · 55110.1039/B618172D ↗
30. Pornpattananangkul · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 413210.1021/ja111110e ↗
31. Pornpattananangkul · ACS Nano · 2010 · 4 · 193510.1021/nn9018587 ↗
32. Thamphiwatana · Langmuir · 2013 · 29 · 1222810.1021/la402695c ↗
33. Wang · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2008 · 105 · 1817110.1073/pnas.0807296105 ↗
34. Wang · Langmuir · 2015 · 31 · 1327110.1021/acs.langmuir.5b03606 ↗
35. Bhat · Appl. Phys. Lett. · 2016 · 109 · 26310610.1063/1.4972868 ↗
36. Wang · Nanoscale · 2015 · 7 · 1559910.1039/C5NR04805B ↗
37. Liu · Langmuir · 2016 · 32 · 1327610.1021/acs.langmuir.6b03342 ↗
38. Thamphiwatana · J. Mater. Chem. B · 2014 · 2 · 820110.1039/C4TB01110D ↗
39. Troutman · Adv. Mater. · 2008 · 20 · 260410.1002/adma.200703026 ↗
40. Rengan · Nanoscale · 2014 · 6 · 91610.1039/C3NR04448C ↗
41. Abbasi · Langmuir · 2017 · 33 · 532110.1021/acs.langmuir.7b01273 ↗
42. Rengan · Nano Lett. · 2015 · 15 · 84210.1021/nl5045378 ↗
43. Bhuvana · Sens. Actuators, B · 2016 · 223 · 15710.1016/j.snb.2015.09.031 ↗
44. Bhuvana · Analyst · 2014 · 139 · 246710.1039/C4AN00017J ↗
45. Park · Colloids Surf., B · 2005 · 44 · 11710.1016/j.colsurfb.2005.06.002 ↗
46. Park · Colloids Surf., B · 2006 · 48 · 11210.1016/j.colsurfb.2006.01.006 ↗
47. Bothun · J. Nanobiotechnol. · 2008 · 6 · 1310.1186/1477-3155-6-13 ↗
48. Chen · ACS Nano · 2010 · 4 · 321510.1021/nn100274v ↗
49. Preiss · J. Phys. Chem. B · 2017 · 121 · 504010.1021/acs.jpcb.7b01702 ↗
50. Rasch · Nano Lett. · 2010 · 10 · 373310.1021/nl102387n ↗
51. White II · ACS Nano · 2012 · 6 · 467810.1021/nn2042016 ↗
52. Malekar · AAPS PharmSciTech · 2015 · 16 · 133510.1208/s12249-015-0323-z ↗
53. Amstad · Nano Lett. · 2011 · 11 · 166410.1021/nl2001499 ↗
54. Bao · Int. J. Pharm. · 2014 · 477 · 40810.1016/j.ijpharm.2014.10.040 ↗
55. Zhang · Biomaterials · 2016 · 74 · 28010.1016/j.biomaterials.2015.10.004 ↗
56. Kautzka · Int. J. Nanomed. · 2017 · 12 · 96910.2147/IJN.S126553 ↗
57. Gopalakrishnan · Angew. Chem., Int. Ed. · 2006 · 45 · 547810.1002/anie.200600545 ↗
58. Genç · Langmuir · 2011 · 27 · 1089410.1021/la201771s ↗
59. Clergeaud · Langmuir · 2013 · 29 · 1540510.1021/la402892f ↗
60. Lee · Sci. Adv. · 2016 · 2 · 1
61. Viitala · Langmuir · 2016 · 32 · 455410.1021/acs.langmuir.6b00716 ↗
62. Lajunen · J. Controlled Release · 2015 · 203 · 8510.1016/j.jconrel.2015.02.028 ↗
63. Tai · Nanotechnology · 2009 · 20 · 13510110.1088/0957-4484/20/13/135101 ↗
64. Chuang · Int. J. Nanomed. · 2017 · 12 · 849510.2147/IJN.S145326 ↗
65. Allijn · ACS Nano · 2013 · 7 · 976110.1021/nn403258w ↗
66. Edris · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2012 · 109 · 665610.1073/pnas.1121629109 ↗
67. Grillone · Adv. Healthcare Mater. · 2015 · 4 · 168110.1002/adhm.201500235 ↗
68. Calucci · J. Phys. Chem. C · 2017 · 121 · 82310.1021/acs.jpcc.6b09562 ↗
69. Lim · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 1714510.1021/ja904472z ↗
70. Lim · Biomaterials · 2010 · 31 · 496410.1016/j.biomaterials.2010.02.065 ↗
71. Bae · Nano Convergence · 2014 · 1 · 2310.1186/s40580-014-0023-5 ↗
72. Zhang · Langmuir · 2006 · 22 · 283810.1021/la052822l ↗
73. Li · J. Controlled Release · 2008 · 129 · 12810.1016/j.jconrel.2008.04.006 ↗
74. Li · Biomaterials · 2008 · 29 · 361710.1016/j.biomaterials.2008.05.020 ↗
75. Li · Biomaterials · 2010 · 31 · 185010.1016/j.biomaterials.2009.11.027 ↗
76. Sitaula · Chem. Commun. · 2008 · 301310.1039/b801525b ↗
77. Messersmith · J. Phys. Chem. C · 2013 · 117 · 2672510.1021/jp406013q ↗
78. Hamilton · Langmuir · 2017 · 33 · 922210.1021/acs.langmuir.7b01397 ↗
79. Thaxton · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 138410.1021/ja808856z ↗
80. Damiano · Adv. Drug Delivery Rev. · 2013 · 65 · 64910.1016/j.addr.2012.07.013 ↗
81. McMahon · Expert Opin. Drug Delivery · 2014 · 11 · 23110.1517/17425247.2014.866089 ↗
82. Foit · Expert Rev. Anticancer Ther. · 2015 · 15 · 2710.1586/14737140.2015.990889 ↗
83. Mutharasan · J. Mater. Chem. B · 2016 · 4 · 18810.1039/C5TB01332A ↗
84. Thaxton · Adv. Drug Delivery Rev. · 2016 · 106 · 11610.1016/j.addr.2016.04.020 ↗
85. Lai · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2017 · 9 · 124710.1021/acsami.6b12249 ↗
86. Luthi · ACS Nano · 2012 · 6 · 27610.1021/nn2035457 ↗
87. Rink · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2018 · 10 · 690410.1021/acsami.7b18525 ↗
88. Yang · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2013 · 110 · 251110.1073/pnas.1213657110 ↗
89. McMahon · Oncotarget · 2017 · 8 · 1121910.18632/oncotarget.14494 ↗
90. Plebanek · Sci. Rep. · 2015 · 5 · 1572410.1038/srep15724 ↗
91. McMahon · Nano Lett. · 2011 · 11 · 120810.1021/nl1041947 ↗
92. Tripathy · Part. Part. Syst. Charact. · 2014 · 31 · 114110.1002/ppsc.201400036 ↗
93. McMahon · Adv. Funct. Mater. · 2016 · 26 · 782410.1002/adfm.201602600 ↗
94. Dumas · Chem. Sci. · 2015 · 6 · 215310.1039/C5SC00070J ↗
95. Weiss · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 327710.1038/ncomms4277 ↗
96. Balbin · RSC Adv. · 2014 · 4 · 5477510.1039/C4RA11759J ↗
97. Chen · Catalysts · 2018 · 8 · 42810.3390/catal8100428 ↗
98. San · Nanomaterials · 2018 · 8 · 34610.3390/nano8050346 ↗
99. Chen · Catal. Sci. Technol. · 2017 · 7 · 482310.1039/C7CY01880K ↗
100. Maung · J. Phys. Chem. C · 2017 · 121 · 2088210.1021/acs.jpcc.7b07109 ↗