journal article·2021-07

Nano‐ and Microscale Drug Delivery Approaches for Therapeutic Immunomodulation

Juan L. Paris, Alejandro Baeza

ChemNanoMat· Volume 7· Issue 7
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Abstract

Abstract Nano‐ and microparticles have attracted much attention in recent years for the delivery of therapeutic molecules. Even though clinical translation for this kind of formulations has been challenging up to this point, there are some areas in which the potential for further development is immense. One of these key areas is the interaction between nano‐ and microparticles with the immune system. In this context, different characteristics of these systems can be exploited for immunomodulation. Among these key parameters, we can highlight the possibility of selectively targeting the particles towards specific cell types, as well as their capacity to co‐deliver active molecules in a controlled manner. In this way, different therapeutic strategies can be developed for a variety of pathological scenarios, either activating or inhibiting different immune responses. In this review, we provide an overview of the reported approaches based on nano‐ and microparticles to develop immune‐mediated treatments for cancer, autoimmune diseases, organ transplant and allergy.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: RNA Interference and Gene Delivery · Immunotherapy and Immune Responses · Advanced Drug Delivery Systems

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

Affiliations

Andalusian Centre for Nanomedicine and Biotechnology-BIONAND 29590 Málaga Spain

Allergy Research Group Instituto de Investigación Biomédica de Málaga-IBIMA 29010 Málaga Spain

Dpto. Materiales y Producción Aeroespacial, ETSI Aeronáutica y del Espacio Universidad Politécnica de Madrid 28040 Madrid Spain

References (100+)

Show source-provided references
1. Germain M. · J. Controlled Release · 2020 · 326 · 16410.1016/j.jconrel.2020.07.007 ↗
2. Martins J. P. · Drug Delivery Transl. Res. · 2020 · 10 · 72610.1007/s13346-020-00743-2 ↗
3. Soares S. · Front. Chem. · 2018 · 6 · 110.3389/fchem.2018.00360 ↗
4. He C. · J. Controlled Release · 2015 · 219 · 22410.1016/j.jconrel.2015.09.029 ↗
5. Krauss A. C. · Clin. Cancer Res. · 2019 · 25 · 268510.1158/1078-0432.CCR-18-2990 ↗
6. Bazak R. · J. Cancer Res. Clin. Oncol. · 2015 · 141 · 76910.1007/s00432-014-1767-3 ↗
7. Ma X. · Biomaterials · 2016 · 97 · 1010.1016/j.biomaterials.2016.04.026 ↗
8. Meel R. · Nat. Nanotechnol. · 2019 · 14 · 100710.1038/s41565-019-0567-y ↗
9. Baeza A. · Chem. Mater. · 2012 · 24 · 51710.1021/cm203000u ↗
10. Zhao Y. · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2019 · 11 · 1158710.1021/acsami.8b20372 ↗
11. Rwei A. Y. · Nat. Biomed. Eng. · 2017 · 1 · 64410.1038/s41551-017-0117-6 ↗
12. Deirram N. · Macromol. Rapid Commun. · 2019 · 40 · 180091710.1002/marc.201800917 ↗
13. Li M. · Front. Chem. · 2020 · 8 · 110.3389/fchem.2020.00001 ↗
14. Prasad R. · Nanoscale · 2016 · 8 · 453710.1039/C5NR06756A ↗
15. Delves P. J. · N. Engl. J. Med. · 2000 · 343 · 3710.1056/NEJM200007063430107 ↗
16. Beutler B. · Mol. Immunol. · 2004 · 40 · 84510.1016/j.molimm.2003.10.005 ↗
17. Chaplin D. D. · J. Allergy Clin. Immunol. · 2010 · 125 · S310.1016/j.jaci.2009.12.980 ↗
18. Baden L. R. · N. Engl. J. Med. · 2021 · 384 · 40310.1056/NEJMoa2035389 ↗
19. Polack F. P. · N. Engl. J. Med. · 2020 · 383 · 260310.1056/NEJMoa2034577 ↗
20. Shi J. · Nat. Rev. Cancer · 2017 · 17 · 2010.1038/nrc.2016.108 ↗
21. Jain R. K. · Nat. Rev. Clin. Oncol. · 2010 · 7 · 65310.1038/nrclinonc.2010.139 ↗
22. Fang J. · Adv. Drug Delivery Rev. · 2011 · 63 · 13610.1016/j.addr.2010.04.009 ↗
23. Tibbitt M. W. · J. Am. Chem. Soc. · 2016 · 138 · 70410.1021/jacs.5b09974 ↗
24. Rosenblum D. · Nat. Commun. · 2018 · 9 · 141010.1038/s41467-018-03705-y ↗
25. Wilhelm S. · Nat. Rev. Mater. · 2016 · 1 · 1601410.1038/natrevmats.2016.14 ↗
26. Nichols J. W. · J. Controlled Release · 2014 · 190 · 45110.1016/j.jconrel.2014.03.057 ↗
27. Blanco E. · Nat. Biotechnol. · 2015 · 33 · 94110.1038/nbt.3330 ↗
28. Sindhwani S. · Nat. Mater. · 2020 · 19 · 56610.1038/s41563-019-0566-2 ↗
29. Park K. · J. Controlled Release · 2019 · 305 · 22110.1016/j.jconrel.2019.05.044 ↗
30. Suk J. S. · Adv. Drug Delivery Rev. · 2016 · 99 · 2810.1016/j.addr.2015.09.012 ↗
31. Xia Q. · Acta Pharm. Sin. B · 2019 · 9 · 67510.1016/j.apsb.2019.01.011 ↗
32. Baeza A. · Molecules · 2020 · 25 · 150810.3390/molecules25071508 ↗
33. Mittal D. · Curr. Opin. Immunol. · 2014 · 27 · 1610.1016/j.coi.2014.01.004 ↗
34. Hanahan D. · Cell · 2000 · 100 · 5710.1016/S0092-8674(00)81683-9 ↗
35. Hanahan D. · Cell · 2011 · 144 · 64610.1016/j.cell.2011.02.013 ↗
36. Chen D. S. · Immunity · 2013 · 39 · 110.1016/j.immuni.2013.07.012 ↗
37. Loeb K. R. · Am. J. Pathol. · 1999 · 154 · 162110.1016/S0002-9440(10)65415-6 ↗
38. Fan Y. · Vaccine · 2015 · 3 · 66210.3390/vaccines3030662 ↗
39. Gause K. T. · ACS Nano · 2017 · 11 · 5410.1021/acsnano.6b07343 ↗
40. Wculek S. K. · Nat. Rev. Immunol. · 2020 · 20 · 710.1038/s41577-019-0210-z ↗
41. Rueckert C. · PLoS Pathog. · 2012 · 8 · e100300110.1371/journal.ppat.1003001 ↗
42. Demento S. L. · Trends Biotechnol. · 2011 · 29 · 29410.1016/j.tibtech.2011.02.004 ↗
43. Cui J. · Adv. Mater. · 2013 · 25 · 346810.1002/adma.201300981 ↗
44. Luo M. · Nat. Nanotechnol. · 2017 · 12 · 64810.1038/nnano.2017.52 ↗
45. Rosalia R. A. · Biomaterials · 2015 · 40 · 8810.1016/j.biomaterials.2014.10.053 ↗
46. Schumacher T. N. · Science · 2015 · 348 · 6910.1126/science.aaa4971 ↗
47. Kuai R. · Nat. Mater. · 2017 · 16 · 48910.1038/nmat4822 ↗
48. Scheetz L. · Clin. Cancer Res. · 2020 · 26 · 436910.1158/1078-0432.CCR-20-0341 ↗
49. Froimchuk E. · Acc. Chem. Res. · 2020 · 53 · 253410.1021/acs.accounts.0c00438 ↗
50. Jin J.-O. · J. Controlled Release · 2019 · 315 · 7610.1016/j.jconrel.2019.09.013 ↗
51. Jobsri J. · PLoS One · 2015 · 10 · e011809610.1371/journal.pone.0118096 ↗
52. Wang H. · Adv. Funct. Mater. · 2016 · 26 · 182210.1002/adfm.201505188 ↗
53. Jamal-Hanjani M. · Clin. Cancer Res. · 2015 · 21 · 125810.1158/1078-0432.CCR-14-1429 ↗
54. Yang R. · ACS Nano · 2018 · 12 · 512110.1021/acsnano.7b09041 ↗
55. Ochyl L. J. · Biomaterials · 2018 · 182 · 15710.1016/j.biomaterials.2018.08.016 ↗
56. Galluzzi L. · Nat. Rev. Drug Discovery · 2012 · 11 · 21510.1038/nrd3626 ↗
57. Moreno V. M. · Adv. Mater. Interfaces · 2020 · 7 · 190194210.1002/admi.201901942 ↗
58. Goodman T. T. · Int. J. Nanomed. · 2007 · 2 · 265
59. Grainger S. J. · Mol. Pharm. · 2010 · 7 · 200610.1021/mp100280b ↗
60. Paris J. L. · Chem. Eng. J. · 2018 · 340 · 210.1016/j.cej.2017.12.051 ↗
61. Villegas M. R. · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2015 · 7 · 2407510.1021/acsami.5b07116 ↗
62. Villegas M. R. · Chem. Mater. · 2018 · 30 · 11210.1021/acs.chemmater.7b03128 ↗
63. Bhatnagar S. · J. Controlled Release · 2016 · 238 · 2210.1016/j.jconrel.2016.07.016 ↗
64. Sun Y. · Asian J. Pharm. Sci. · 2020
65. Zhao X. · Biomaterials · 2016 · 102 · 18710.1016/j.biomaterials.2016.06.032 ↗
66. Biasi A. R. · Clin. Cancer Res. · 2014 · 20 · 538410.1158/1078-0432.CCR-14-1298 ↗
67. Lynn G. M. · Cancer Lett. · 2019 · 459 · 19210.1016/j.canlet.2019.114427 ↗
68. Dong X. · Biomaterials · 2020 · 230 · 11965910.1016/j.biomaterials.2019.119659 ↗
69. Hernández-Gil J. · Adv. Healthcare Mater. · 2015 · 4 · 103410.1002/adhm.201500080 ↗
70. Lan Y. · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2020 · 12 · 3190410.1021/acsami.0c06120 ↗
71. Wang N. · Angew. Chem. Int. Ed. · 2018 · 57 · 342610.1002/anie.201800422 ↗
72. Angew. Chem. · 2018 · 130 · 348410.1002/ange.201800422 ↗
73. Gorbet M. · Int. J. Hyperthermia · 2020 · 37 · 1810.1080/02656736.2020.1802519 ↗
74. Guisasola E. · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2018 · 10 · 1251810.1021/acsami.8b02398 ↗
75. Ito A. · Cancer Sci. · 2003 · 94 · 30810.1111/j.1349-7006.2003.tb01438.x ↗
76. Mühlberger M. · Int. J. Nanomed. · 2019 · 14 · 842110.2147/IJN.S218488 ↗
77. Guo Y. · Biomaterials · 2019 · 219 · 11937010.1016/j.biomaterials.2019.119370 ↗
78. Vines J. B. · Front. Chem. · 2019 · 7 · 110.3389/fchem.2019.00167 ↗
79. Ong C. · ACS Appl. Bio Mater. · 2019 · 2 · 363010.1021/acsabm.9b00483 ↗
80. Wang R. · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2019 · 11 · 1396410.1021/acsami.9b01107 ↗
81. Deng R.-H. · ACS Nano · 2019 · 13 · 861810.1021/acsnano.9b02993 ↗
82. He H. · Acta Biomater. · 2020 · 104 · 18810.1016/j.actbio.2020.01.012 ↗
83. Zhang F. · J. Controlled Release · 2020 · 326 · 13110.1016/j.jconrel.2020.06.015 ↗
84. Poinard B. · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2018 · 10 · 2112510.1021/acsami.8b04799 ↗
85. Shrivastava R. · J. Controlled Release · 2017 · 254 · 9210.1016/j.jconrel.2017.03.395 ↗
86. Yu G.-T. · Adv. Funct. Mater. · 2018 · 28 · 180138910.1002/adfm.201801389 ↗
87. Marabelle A. · J. Clin. Invest. · 2013 · 123 · 244710.1172/JCI64859 ↗
88. He W. · Sci. Rep. · 2016 · 6 · 2450610.1038/srep24506 ↗
89. Okazaki T. · Trends Immunol. · 2006 · 27 · 19510.1016/j.it.2006.02.001 ↗
90. Topalian S. L. · Cancer Cell · 2015 · 27 · 45010.1016/j.ccell.2015.03.001 ↗
91. Chen X.-J. · Nanomedicine · 2020 · 15 · 95110.2217/nnm-2019-0397 ↗
92. Afzali B. · Clin. Exp. Immunol. · 2007 · 148 · 3210.1111/j.1365-2249.2007.03356.x ↗
93. Atalar K. · Curr. Opin. Organ Transplant. · 2009 · 14 · 2310.1097/MOT.0b013e32831b70c2 ↗
94. Crane I. J. · Crit. Rev. Immunol. · 2005 · 25 · 7510.1615/CritRevImmunol.v25.i2.10 ↗
95. Maggi E. · Immunotechnology · 1998 · 3 · 23310.1016/S1380-2933(97)10005-7 ↗
96. Allison A. C. · Immunopharmacology · 2000 · 47 · 6310.1016/S0162-3109(00)00186-7 ↗
97. Zolnik B. S. · Endocrinology · 2010 · 151 · 45810.1210/en.2009-1082 ↗
98. Gharagozloo M. · Nanomedicine Nanotechnology, Biol. Med. · 2015 · 11 · 100310.1016/j.nano.2014.12.003 ↗
99. De Campos A. M. · Int. J. Pharm. · 2001 · 224 · 15910.1016/S0378-5173(01)00760-8 ↗
100. Yuan X.-B. · Int. J. Pharm. · 2008 · 349 · 24110.1016/j.ijpharm.2007.07.045 ↗