Background Ipilimumab, a cytotoxic T-lymphocyte antigen-4 (CTLA-4) blocking antibody, has been approved for the treatment of metastatic melanoma and induces adverse events (AE) in up to 64% of patients. Treatment algorithms for the management of common ipilimumab-induced AEs have lead to a reduction of morbidity, e.g. due to bowel perforations. However, the spectrum of less common AEs is expanding as ipilimumab is increasingly applied. Stringent recognition and management of AEs will reduce drug-induced morbidity and costs, and thus, positively impact the cost-benefit ratio of the drug. To facilitate timely identification and adequate management data on rare AEs were analyzed at 19 skin cancer centers. Methods and Findings Patient files (n = 752) were screened for rare ipilimumab-associated AEs. A total of 120 AEs, some of which were life-threatening or even fatal, were reported and summarized by organ system describing the most instructive cases in detail. Previously unreported AEs like drug rash with eosinophilia and systemic symptoms (DRESS), granulomatous inflammation of the central nervous system, and aseptic meningitis, were documented. Obstacles included patientś delay in reporting symptoms and the differentiation of steroid-induced from ipilimumab-induced AEs under steroid treatment. Importantly, response rate was high in this patient population with tumor regression in 30.9% and a tumor control rate of 61.8% in stage IV melanoma patients despite the fact that some patients received only two of four recommended ipilimumab infusions. This suggests that ipilimumab-induced antitumor responses can have an early onset and that severe autoimmune reactions may reflect overtreatment. Conclusion The wide spectrum of ipilimumab-induced AEs demands doctor and patient awareness to reduce morbidity and treatment costs and true ipilimumab success is dictated by both objective tumor responses and controlling severe side effects.

Immune cells such as natural killer (NK) cells migrate with high speeds of several µm/min through dense tissue, but the traction forces are unknown. We present a method to measure dynamic traction forces of fast migrating cells in non-linear biopolymer matrices. The method accounts for the mechanical non-linearity of the 3D tissue matrix and can be applied to time series of confocal or bright-field image stacks. The method is highly sensitive over a large range of forces and object sizes, from ∼1 nN for axon growth cones up to ∼10 µN for mouse intestinal organoids. We find that NK cells display bursts of large traction forces that increase with matrix stiffness and facilitate migration through tight constrictions.

Natural killer (NK) cells are important effector cells in the immune response to cancer. Clinical trials on adoptively transferred NK cells in patients with solid tumors, however, have thus far been unsuccessful. As NK cells need to pass stringent safety evaluation for clinical use, the cells are cryopreserved to bridge the necessary evaluation time. While a degranulation assay confirms the ability of cryopreserved NK cells to kill target cells, we find a significant decrease of cytotoxicity after cryopreservation in a chromium release assay. We complement these standard assays with measurements of NK cell motility and cytotoxicity in 3-dimensional (3-D) collagen gels that serve as a substitute for connective tissue. We find a 5.6 fold decrease of cytotoxicity after cryopreservation and establish that this is mainly caused by a 6-fold decrease in the fraction of motile NK cells. These findings may explain the persistent failure of NK cell therapy in patients with solid tumors and highlight the crucial role of a 3-D environment for testing NK cell function.

To reach targets outside the bloodstream, immune cells can extravasate and migrate through connective tissue. During tissue infiltration, immune cells migrate in an amoeboid fashion, characterized by weak matrix adhesions and low traction forces, that allows them to achieve high migration speeds of up to 10 μm/min. How immune cells reconcile amoeboid migration with the need to overcome steric hindrance in dense matrices is currently not understood. Here we show that when confronted with steric hindrance, immune cells can switch from their default amoeboid migration mode to a highly contractile, mesenchymal-like migration mode. We use time-lapse confocal reflection microscopy to obtain simultaneous measurements of migration speed, directional persistence, and cell contractility in 3D biopolymer networks. We find that NK92 (natural killer) cells are highly mechanoresponsive and exert substantial acto-myosin driven, integrin-mediated contractile forces of up to 100 nN on the extracellular matrix during short contractile phases. This burst-like contractile behavior is also found in primary B, T, NK cells, neutrophils, and monocytes, and is specifically used by the cells to avoid getting stuck in narrow pores of the surrounding matrix. Our results demonstrate that steric hindrance guides the rapid regulation of integrin-mediated adhesion to the ECM in a large number of immune cell subtypes.