The ability to prevent or minimize the accumulation of unwanted biological materials on implantable medical devices is important in maintaining the long-term function of implants. To address this issue, there has been a focus on materials, both biological and synthetic, that have the potential to prevent device fouling. In this review, we introduce a glycoprotein called lubricin and report on its emergence as an effective antifouling coating material. We outline the versatility of lubricin coatings on different surfaces, describe the physical properties of its monolayer structures, and highlight its antifouling properties in improving implant compatibility as well as its use in treatment of ocular diseases and arthritis. This review further describes synthetic polymers mimicking the lubricin structure and function. We also discuss the potential future use of lubricin and its synthetic mimetics as antiadhesive biomaterials for therapeutic applications.
REFERENCES
1.
B. L.
Schumacher
, J. A.
Block
, T. M.
Schmid
, M. B.
Aydelotte
, and K. E.
Kuettner
, Arch. Biochem. Biophys.
311
, 144
(1994
). 2.
D.
Swann
, F.
Silver
, H.
Slayter
, W.
Stafford
, and E.
Shore
, Biochem. J.
225
, 195
(1985
). 3.
D. A.
Swann
, H. S.
Slayter
, and F. H.
Silver
, J. Biol. Chem.
256
, 5921
(1981
). 4.
G. D.
Jay
, D. A.
Harris
, and C.-J.
Cha
, Glycoconjugate J.
18
, 807
(2001
). 5.
G. D.
Jay
et al, Arthritis Rheum.
56
, 3662
(2007
). 6.
S. M.
Iqbal
et al, Sci. Rep.
6
, 18910
(2016
). 7.
K. A.
Elsaid
, G. D.
Jay
, M. L.
Warman
, D. K.
Rhee
, and C. O.
Chichester
, Arthritis Rheum.
52
, 1746
(2005
). 8.
D. K.
Rhee
et al, J. Clin. Invest.
115
, 622
(2005
). 9.
M.
Han
, S. M.
Silva
, W.
Lei
, A.
Quigley
, R. M. I.
Kapsa
, S. E.
Moulton
, and G. W.
Greene
, Langmuir
35
, 15834
(2019
). 10.
D. P.
Chang
, N. I.
Abu-Lail
, F.
Guilak
, G. D.
Jay
, and S.
Zauscher
, Langmuir
24
, 1183
(2008
). 11.
M. J.
Russo
, A. F.
Quigley
, R. M. I.
Kapsa
, S. E.
Moulton
, R.
Guijt
, S. M.
Silva
, and G. W.
Greene
, ChemElectroChem
7
, 2851
(2020
). 12.
A.
Lambiase
, B. D.
Sullivan
, T. A.
Schmidt
, D. A.
Sullivan
, G. D.
Jay
, E. R.
Truitt
, A.
Bruscolini
, M.
Sacchetti
, and F.
Mantelli
, Ocul. Surf.
15
, 77
(2017
). 13.
J. P.
Bao
, W. P.
Chen
, and L. D.
Wu
, Mol. Biol. Rep.
38
, 2879
(2011
). 14.
Y.
Li
, S.
Yang
, Y.
Chen
, and D.
Zhang
, Int. J. Environ. Res. Publ. Health
17
(2
), 644
(2020
). 15.
P. J.
Molino
, D.
Yang
, M.
Penna
, K.
Miyazawa
, B. R.
Knowles
, S.
MacLaughlin
, T.
Fukuma
, I.
Yarovsky
, and M. J.
Higgins
, ACS Nano
12
, 11610
(2018
). 16.
V. S.
Polikov
, M. L.
Block
, J. M.
Fellous
, J. S.
Hong
, and W. M.
Reichert
, Biomaterials
27
, 5368
(2006
). 17.
B. D.
Ratner
, “The biocompatibility of implant materials
,” in Host Response to Biomaterials
(Academic Press, 2015
), pp. 37
–51
.18.
R.
Gifford
, J. J.
Kehoe
, S. L.
Barnes
, B. A.
Kornilayev
, M. A.
Alterman
, and G. S.
Wilson
, Biomaterials
27
, 2587
(2006
). 19.
D. C.
Leslie
et al, Nat. Biotechnol.
32
, 1134
(2014
). 20.
A.
Wallace
, H.
Albadawi
, N.
Patel
, A.
Khademhosseini
, Y. S.
Zhang
, S.
Naidu
, G.
Knuttinen
, and R.
Oklu
, Cardiovasc. Diagn. Ther.
7
, S246
(2017
). 21.
G. A.
James
, L.
Boegli
, J.
Hancock
, L.
Bowersock
, A.
Parker
, and B. M.
Kinney
, Aesthetic Plast. Surg.
43
, 490
(2019
). 22.
P.
Francois
, P.
Vaudaux
, M.
Taborelli
, M.
Tonetti
, D. P.
Lew
, and P.
Descouts
, Clin. Oral Implants Res.
8
, 217
(1997
). 23.
N.
Wisniewski
, F.
Moussy
, and W.
Reichert
, Fresenius’ J. Anal. Chem.
366
, 611
(2000
). 24.
M. T.
Novak
, F.
Yuan
, and W. M.
Reichert
, Biophys. J.
98
, 407a
(2010
). 25.
U.
Klueh
, Z.
Liu
, B.
Feldman
, T. P.
Henning
, B.
Cho
, T.
Ouyang
, and D.
Kreutzer
, “Metabolic biofouling of glucose sensors in vivo: Role of tissue microhemorrhages
,” J. Diabetes Sci. Technol.
5
(3
), 583
–595
(2011
). 26.
A. M.
Maan
, A. H.
Hofman
, W. M.
de Vos
, and M.
Kamperman
, Adv. Funct. Mater.
30
(32
), 2000936
(2020
). 27.
R. S.
Harake
, Y.
Ding
, J. D.
Brown
, and T.
Pan
, Ann. Biomed. Eng.
43
, 2394
(2015
). 28.
H.
Park
, A. H.
Raffiee
, S. W. M.
John
, A. M.
Ardekani
, and H.
Lee
, Microsyst. Nanoeng.
4
, 35
(2018
). 29.
M.
Korogiannaki
, M.
Samsom
, T. A.
Schmidt
, and H.
Sheardown
, ACS Appl. Mater. Interfaces
10
, 30125
(2018
). 30.
Q.
Wu
et al, ACS Biomater. Sci. Eng.
6
, 358
(2019
). 31.
Z.
Yue
, P. J.
Molino
, X.
Liu
, and G. G.
Wallace
, Electrochem. Commun.
27
, 54
(2013
). 32.
G. G.
Wallace
, S. E.
Moulton
, and G. M.
Clark
, Science
324
(5924
), 185
–186
(2009
).33.
C.
Newbold
, R.
Richardson
, C. Q.
Huang
, D.
Milojevic
, R.
Cowan
, and R.
Shepherd
, J. Neural Eng.
1
, 218
(2004
). 34.
L.
Shi
and K. D.
Caldwell
, J. Colloid Interface Sci.
224
, 372
(2000
). 35.
J. L.
Harding
and M. M.
Reynolds
, Trends Biotechnol.
32
, 140
(2014
). 36.
L.
Tang
and J. W.
Eaton
, J. Exp. Med.
178
, 2147
(1993
). 37.
P. J.
Molino
, M. J.
Higgins
, P. C.
Innis
, R. M.
Kapsa
, and G. G.
Wallace
, Langmuir
28
, 8433
(2012
). 38.
T. N.
Salthouse
, J. Biomed. Mater. Res.
18
, 395
(1984
). 39.
A. H.
Maciver
, M.
McCall
, and A. M.
James Shapiro
, Int. J. Surg.
9
, 589
(2011
). 40.
C.
Vallejo-Giraldo
, A.
Kelly
, and M. J.
Biggs
, Drug Discov. Today
19
, 88
(2014
). 41.
M. A.
Daeschel
and J.
McGuire
, Biotechnol. Genet. Eng. Rev.
15
, 413
(1998
). 42.
J.
Liu
and M. L.
Lee
, Electrophoresis
27
, 3533
(2006
). 43.
J. H.
Ha
and S. N.
Loh
, Chemistry
18
, 7984
(2012
). 44.
C.
Mathe
et al, PLoS One
8
, e81346
(2013
). 45.
W.
Norde
, “Driving forces for protein adsorption at solid surfaces
,” in Macromolecular Symposia, Basel (Hüthig & Wepf Verlag, 1996), Vol. 103, pp. 5–18, available at https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/masy.19961030104.46.
C.
Perrino
, S.
Lee
, S. W.
Choi
, A.
Maruyama
, and N. D.
Spencer
, Langmuir
24
, 8850
(2008
). 47.
R.
Devine
, P.
Singha
, and H.
Handa
, Biomater. Sci.
7
, 3438
(2019
). 48.
S.
Zanini
, M.
Müller
, C.
Riccardi
, and M.
Orlandi
, Plasma Chem. Plasma Process.
27
, 446
(2007
). 49.
S.
Ikegawa
, M.
Sano
, Y.
Koshizuka
, and Y.
Nakamura
, Cytogenet. Genome Res.
90
, 291
(2000
). 50.
K. M.
Shine
, J. A.
Simson
, and M.
Spector
, J. Bone. Jt. Surg. Am.
91
, 2205
(2009
). 51.
T. A.
Schmidt
et al, JAMA Ophthalmol.
131
, 766
(2013
). 52.
S. G.
Rees
, J. R.
Davies
, D.
Tudor
, C. R.
Flannery
, C. E.
Hughes
, C. M.
Dent
, and B.
Caterson
, Matrix Biol.
21
, 593
(2002
). 53.
Y.
Sun
, E. J.
Berger
, C.
Zhao
, K. N.
An
, P. C.
Amadio
, and G.
Jay
, Connect. Tissue Res.
47
, 215
(2006
). 54.
Ruby P.
Estrella
, John M.
Whitelock
, Nicolle H.
Packer
, and Niclas G.
Karlsson
, Biochem. J.
429
, 359
(2010
). 55.
G. D.
Jay
, U.
Tantravahi
, D. E.
Britt
, H. J.
Barrach
, and C. J.
Cha
, J. Orthop. Res.
19
, 677
(2001
). 56.
G. D.
Jay
, Connect. Tissue Res.
28
, 71
(1992
). 57.
G. W.
Greene
, L. L.
Martin
, R. F.
Tabor
, A.
Michalczyk
, L. M.
Ackland
, and R.
Horn
, Biomaterials
53
, 127
(2015
). 58.
G. W.
Greene
, R.
Thapa
, S. A.
Holt
, X.
Wang
, C. J.
Garvey
, and R. F.
Tabor
, Langmuir
33
, 2559
(2017
). 59.
S.
Chen
, L.
Li
, C.
Zhao
, and J.
Zheng
, Polymer
51
, 5283
(2010
). 60.
L.
Li
, B.
Yan
, L.
Zhang
, Y.
Tian
, and H.
Zeng
, Chem. Commun.
51
, 15780
(2015
). 61.
G. E.
Aninwene
, P. N.
Abadian
, V.
Ravi
, E. N.
Taylor
, D. M.
Hall
, A.
Mei
, G. D.
Jay
, E. D.
Goluch
, and T. J.
Webster
, J. Biomed. Mater. Res. A
103
, 451
(2015
). 62.
M.
Divandari
et al, Macromolecules
50
, 7760
(2017
). 63.
S. M.
Silva
, A. F.
Quigley
, R. M. I.
Kapsa
, G. W.
Greene
, and S. E.
Moulton
, ChemElectroChem
6
, 1939
(2019
). 64.
G. W.
Greene
, V.
Ortiz
, C.
Pozo-Gonzalo
, S. E.
Moulton
, X.
Wang
, L. L.
Martin
, A.
Michalczky
, and P. C.
Howlett
, Adv. Mater. Interfaces
5
(7
), 1701296
(2018
). 65.
A. R.
Statz
, R. J.
Meagher
, A. E.
Barron
, and P. B.
Messersmith
, J. Am. Chem. Soc.
127
, 7972
(2005
). 66.
B.
Xu
, C.
Feng
, Y.
Lv
, S.
Lin
, G.
Lu
, and X.
Huang
, ACS Appl. Mater. Interfaces
12
, 1588
(2020
). 67.
H.
Zhang
and M.
Chiao
, J. Med. Biol. Eng.
35
, 143
(2015
). 68.
A.
Raj
, M.
Wang
, C.
Liu
, L.
Ali
, N. G.
Karlsson
, P. M.
Claesson
, and A.
Dedinaite
, J. Colloid Interface Sci.
495
, 200
(2017
). 69.
B.
Zappone
, M.
Ruths
, G. W.
Greene
, G. D.
Jay
, and J. N.
Israelachvili
, Biophys. J.
92
, 1693
(2007
). 70.
D. P.
Chang
, F.
Guilak
, G. D.
Jay
, and S.
Zauscher
, J. Biomech.
47
, 659
(2014
). 71.
S.
Das
, X.
Banquy
, B.
Zappone
, G. W.
Greene
, G. D.
Jay
, and J. N.
Israelachvili
, Biomacromolecules
14
, 1669
(2013
). 72.
H.
Ye
et al, ACS Appl. Mater. Interfaces
11
, 18090
(2019
). 73.
E. D.
Bonnevie
, D.
Galesso
, C.
Secchieri
, I.
Cohen
, and L. J.
Bonassar
, PLoS One
10
, e0143415
(2015
). 74.
R. C.
Andresen Eguiluz
, S. G.
Cook
, C. N.
Brown
, F.
Wu
, N. J.
Pacifici
, L. J.
Bonassar
, and D.
Gourdon
, Biomacromolecules
16
, 2884
(2015
). 75.
A.
Al-Sharif
, M.
Jamal
, L. X.
Zhang
, K.
Larson
, T. A.
Schmidt
, G. D.
Jay
, and K. A.
Elsaid
, Arthritis Rheumatol.
67
, 1503
(2015
). 76.
D. P.
Chang
, N. I.
Abu-Lail
, J. M.
Coles
, F.
Guilak
, G. D.
Jay
, and S.
Zauscher
, Soft Matter
5
, 3438
(2009
). 77.
G.
Gunkel
, M.
Weinhart
, T.
Becherer
, R.
Haag
, and W. T.
Huck
, Biomacromolecules
12
, 4169
(2011
). 78.
H.
Zhao
, B.
Zhu
, S. C.
Luo
, H. A.
Lin
, A.
Nakao
, Y.
Yamashita
, and H. H.
Yu
, ACS Appl. Mater. Interfaces
5
, 4536
(2013
). 79.
N. I.
Rabiah
, Y.
Sato
, A.
Kannan
, W.
Kress
, F.
Straube
, and G. G.
Fuller
, Colloids Surf. B
195
, 111257
(2020
). 80.
D. J.
Hodgson
and R. O.
Asplund
, Inorg. Chem.
29
, 3612
(1990
). 81.
M. J.
Russo
, M.
Han
, A. F.
Quigley
, R. M. I.
Kapsa
, S. E.
Moulton
, E.
Doeven
, R.
Guijt
, S. M.
Silva
, and G. W.
Greene
, Electrochim. Acta
333
, 135574
(2020
). 82.
P. E.
Desroches
, S. M.
Silva
, S. W.
Gietman
, A. F.
Quigley
, R. M. I.
Kapsa
, S. E.
Moulton
, and G. W.
Greene
, ACS Appl. Bio Mater.
11
, 8032
–8039
(2020
).83.
M.
Han
et al, ACS Appl. Nano Mater.
3
, 11527
(2020
). 84.
G. W.
Greene
, E.
Duffy
, A.
Shallan
, A.
Wuethrich
, and B.
Paull
, Langmuir
32
, 1899
(2016
). 85.
G. D.
Jay
, K. A.
Elsaid
, K. A.
Kelly
, S. C.
Anderson
, L.
Zhang
, E.
Teeple
, K.
Waller
, and B. C.
Fleming
, Arthritis Rheum.
64
, 1162
(2012
). 86.
T. R.
McAdams
, K.
Mithoefer
, J. M.
Scopp
, and B. R.
Mandelbaum
, Cartilage
1
, 165
(2010
). 87.
G. E.
Aninwene
II, Z.
Yang
, V.
Ravi
, G. D.
Jay
, and T. J.
Webster
, Int. J. Nanomed.
9
, 3131
–3135
(2014
).88.
Y.
Yang
, R.
Glover
, and J. L.
Ong
, Colloids Surf. B
30
, 291
(2003
). 89.
J. B.
Tang
, Hand Clin.
21
, 199
(2005
). 90.
C.
Zhao
, Y. L.
Sun
, R. L.
Kirk
, A. R.
Thoreson
, G. D.
Jay
, S. L.
Moran
, K. N.
An
, and P. C.
Amadio
, J. Bone Jt. Surg Am.
92
, 1453
(2010
). 91.
C.
Zhao
, Z.
Wei
, R. L.
Reisdorf
, A. R.
Thoreson
, G. D.
Jay
, S. L.
Moran
, K. N.
An
, and P. C.
Amadio
, Plast. Reconstr. Surg.
133
, 628e
(2014
). 92.
K.
Azartash
and E.
Gratton
, Biophys. J.
98
, 40a
(2010
). 93.
M.
Korogiannaki
, M.
Samsom
, A.
Matheson
, K.
Soliman
, T. A.
Schmidt
, and H.
Sheardown
, Langmuir
3
, 1062
–1072
(2021
).94.
T.
Gillich
, E. M.
Benetti
, E.
Rakhmatullina
, R.
Konradi
, W.
Li
, A.
Zhang
, A. D.
Schluter
, and M.
Textor
, J. Am. Chem. Soc.
133
, 10940
(2011
). 95.
A. R.
Jones
et al, J. Orthop. Res.
25
, 283
(2007
). 96.
R. C.
Andresen Eguiluz
, S. G.
Cook
, M.
Tan
, C. N.
Brown
, N. J.
Pacifici
, M. S.
Samak
, L. J.
Bonassar
, D.
Putnam
, and D.
Gourdon
, Front. Bioeng. Biotechnol.
5
, 36
(2017
). 97.
Y.
Xia
et al, Angew. Chem Int. Ed. Engl.
58
, 1308
(2019
). 98.
E.
Shin
et al, Macromolecules
53
, 3551
(2020
). 99.
X.
Banquy
, J.
Burdynska
, D. W.
Lee
, K.
Matyjaszewski
, and J.
Israelachvili
, J. Am. Chem. Soc.
136
, 6199
(2014
). 100.
L. A.
Navarro
, T. P.
Shah
, and S.
Zauscher
, Langmuir
36
, 4745
(2020
). 101.
Y.
Han
, J.
Ma
, Y.
Hu
, J.
Jin
, and W.
Jiang
, Langmuir
34
, 2073
(2018
). 102.
J. L.
Dalsin
and P. B.
Messersmith
, Mater. Today
8
, 38
(2005
). 103.
J. L.
Dalsin
, L.
Lin
, S.
Tosatti
, J.
Vörös
, M.
Textor
, and P. B.
Messersmith
, Langmuir
21
, 640
(2005
). 104.
H. C.
Lim
, H. A.
Multhaupt
, and J. R.
Couchman
, Mol. Cancer
14
, 15
(2015
). 105.
© 2021 Author(s).
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
