An active cell membrane-camouflaged nanoparticle, owning to membrane antigens and membrane structure, can achieve special properties such as specific recognition, long blood circulation, and immune escaping. Herein, we reported a cancer cell membrane-cloaked nanoparticle system as a theranostic nanoplatform. The biomimetic nanoparticles (indocyanine green (ICG)-loaded and cancer cell membrane-coated nanoparticles, ICNPs) exhibit a core-shell nanostructure consisting of an ICG-polymeric core and cancer cell membrane shell. ICNPs demonstrated specific homologous targeting to cancer cells with good monodispersity, preferable photothermal response, and excellent fluorescence/photoacoustic (FL/PA) imaging properties. Benefited from the functionalization of the homologous binding adhesion molecules from cancer cell membranes, ICNPs significantly promoted cell endocytosis and homologous-targeting tumor accumulation in vivo. Moreover, ICNPs were also good at disguising as cells to decrease interception by the liver and kidney. Through near-infrared (NIR)-FL/PA dual-modal imaging, ICNPs could realize real-time monitored in vivo dynamic distribution with high spatial resolution and deep penetration. Under NIR laser irradiation, ICNPs exhibited highly efficient photothermal therapy to eradicate xenografted tumor. The robust ICNPs with homologous properties of cancer cell membranes can serve as a bionic nanoplatform for cancer-targeted imaging and phototherapy.

Phototherapy, including photodynamic therapy (PDT) and photothermal therapy (PTT), is a light-activated local treatment modality that is under intensive preclinical and clinical investigations for cancer. To enhance the treatment efficiency of phototherapy and reduce the light-associated side effects, it is highly desirable to improve drug accumulation and precision guided phototherapy for efficient conversion of the absorbed light energy to reactive oxygen species (ROS) and local hyperthermia. In the present study, a programmed assembly strategy was developed for the preparation of human serum albumin (HSA)-indocyanine green (ICG) nanoparticles (HSA-ICG NPs) by intermolecular disulfide conjugations. This study indicated that HSA-ICG NPs had a high accumulation with tumor-to-normal tissue ratio of 36.12±5.12 at 24 h and a long-term retention with more than 7 days in 4T1 tumor-bearing mice, where the tumor and its margin, normal tissue were clearly identified via ICG-based in vivo near-infrared (NIR) fluorescence and photoacoustic dual-modal imaging and spectrum-resolved technology. Meanwhile, HSA-ICG NPs efficiently induced ROS and local hyperthermia simultaneously for synergetic PDT/PTT treatments under a single NIR laser irradiation. After an intravenous injection of HSA-ICG NPs followed by imaging-guided precision phototherapy (808 nm, 0.8 W/cm2 for 5 min), the tumor was completely suppressed, no tumor recurrence and treatments-induced toxicity were observed. The results suggest that HSA-ICG NPs generated by programmed assembly as smart theranostic nanoplatforms are highly potential for imaging-guided cancer phototherapy with PDT/PTT synergistic effects.

Developing effective immunotherapies with low toxicity and high tumor specificity is the ultimate goal in the battle against cancer. Here, we reported a cell-membrane immunotherapy strategy that was able to eliminate primary tumors and inhibited distant tumors by using natural killer (NK) cell membrane cloaked photosensitizer 4,4',4'',4'''-(porphine-5,10,15,20-tetrayl) tetrakis (benzoic acid) (TCPP)-loaded nanoparticles (NK-NPs). The proteomic profiling of NK cell membranes was performed through shotgun proteomics, and we found that NK cell membranes enabled the NK-NPs to target tumors and could induce or enhance pro-inflammatory M1-macrophages polarization to produce antitumor immunity. The TCPP loaded in NK-NPs could induce cancer cell death through photodynamic therapy and consequently enhanced the antitumor immunity efficiency of the NK cell membranes. The results confirmed that NK-NPs selectively accumulated in the tumor and were able to eliminate primary tumor growth and produce an abscopal effect to inhibit distant tumors. This cell-membrane immunotherapeutic approach offers a strategy for tumor immunotherapy.

Folic acid (FA)-targeted indocyanine green (ICG)-loaded nanoparticles (NPs) (FA-INPs) were developed to a near-infrared (NIR) fluorescence theranostic nanoprobe for targeted imaging and photothermal therapy of cancer. The FA-INPs with good monodispersity exhibited excellent size and fluorescence stability, preferable temperature response under laser irradiation, and specific molecular targeting to MCF-7 cells with FA receptor overexpression, compared to free ICG. The FA-INPs enabled NIR fluorescence imaging to in situ monitor the tumor accumulation of the ICG. The cell survival rate assays in vitro and photothermal therapy treatments in vivo indicated that FA-INPs could efficiently targeted and suppressed MCF-7 cells and xenograft tumors. Hence, the FA-INPs are notable theranostic NPs for imaging-guided cancer therapy in clinical application.

Abstract Theranostics is a concept that integrated imaging and therapy. As an emerging field, it embraces multiple techniques to arrive at an individualized treatment purpose. Indocyanine green (ICG) is a near infrared dye that has been approved by Food and Drug Administration (FDA) in USA for the use in indicator-dilution studies in humans. ICG nanoparticles (NPs) have attracted much attention for its potential applications in cancer theranostics. This review focuses on the preparation, application of ICG NPs for in vivo imaging (fluorescent imaging and photoacoustic imaging) and therapeutics (photothermal therapy, photodynamic therapy and photoacoustic therapy), and future directions based on recent developments in these areas. It is hoped that this review might provide new impetus to understand ICG NPs for cancer theranostics.

Nature has always inspired robotic designs and concepts. It is conceivable that biomimic nanorobots will soon play a prominent role in medicine. The "Terminator" in the science fiction film is a cybernetic organism with living tissue over a metal endoskeleton, which inspired us to develop natural-killer-cell-mimic nanorobots with aggregation-induced emission (AIE) characteristics (NK@AIEdots) by coating a natural kill cell membrane on an AIE-active polymeric endoskeleton, PBPTV, a highly bright NIR-II AIE-active conjugated polymer. Owing to the AIE and soft-matter characteristics of PBPTV, as-prepared NK@AIEdots maintained a superior NIR-II brightness (quantum yield ∼7.9% in water) and good biocompatibility. Besides, they can serve as a tight junction (TJ) modulator to trigger an intracellular signaling cascade, causing TJ disruption and actin cytoskeleton reorganization to form an intercellular "green channel" to help them to cross the blood–brain barrier (BBB) silently. Furthermore, they can initiatively accumulate in glioblastoma cells in the complex brain matrix for high-contrast and through-skull tumor imaging. The tumor growth was also greatly inhibited by these NK@AIEdots under the NIR light illumination. As far as we know, the quantum yield of PBPTV is the highest among the existing NIR-II luminescent conjugated polymers. Besides, the NK-cell biomimetic nanorobots showed great potential for BBB-crossing active delivery.

Abstract Smart nanoparticles (NPs) that respond to external and internal stimulations have been developing to achieve optimal drug release in tumour. However, applying these smart NPs to attain high antitumour performance is hampered by limited drug carriers and inefficient spatiotemporal control. Here we report a noninvasive NIR-driven, temperature-sensitive DI-TSL (DOX/ICG-loaded temperature sensitive liposomes) co-encapsulating doxorubicin (DOX) and indocyanine green (ICG). This theranostic system applies thermo-responsive lipid to controllably release drug, utilizes the fluorescence (FL) of DOX/ICG to real-time trace the distribution of NPs and employs DOX/ICG to treat cancer by chemo/photothermal therapy. DI-TSL exhibits uniform size distribution, excellent FL/size stability, enhanced response to NIR-laser and 3 times increased drug release through laser irradiation. After endocytosis by MCF-7 breast adenocarcinoma cells, DI-TSL in cellular endosomes can cause hyperthermia through laser irradiation, then endosomes are disrupted and DI-TSL ‘opens’ to release DOX simultaneously for increased cytotoxicity. Furthermore, DI-TSL shows laser-controlled release of DOX in tumour, enhanced ICG and DOX retention by 7 times and 4 times compared with free drugs. Thermo-sensitive DI-TSL manifests high efficiency to promote cell apoptosis and completely eradicate tumour without side-effect. DI-TSL may provide a smart strategy to release drugs on demand for combinatorial cancer therapy.

Oxygen nanocarrier (A/D-ONC) with a polymeric core entrapping hemoglobin and a cationic lipid shell absorbing a DOX-intercalating DNA duplex is developed. After endocytosis oxygenated A/D-ONC donates O2 to cancer cells that acts therapeutically by: (1) increasing intracellular ATP content that promotes DOX release, thereby converting ATP to the trigger of detrimental chemotherapy; (2) by synchronously increasing the ROS amount to amplify the lethality to cancer cells. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.