Cancer cell membrane-coated upconversion nanoprobes (CC-UCNPs) with immune escape and homologous targeting capabilities are used for highly specific tumor imaging. The combination of UCNPs with biomimetic cancer cell membranes embodies a novel materials design strategy and presents a compelling class of advanced materials. 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.

For decades, poly(ethylene glycol) (PEG) has been widely incorporated into nanoparticles for evading immune clearance and improving the systematic circulation time. However, recent studies have reported a phenomenon known as “accelerated blood clearance (ABC)” where a second dose of PEGylated nanomaterials is rapidly cleared when given several days after the first dose. Herein, we demonstrate that natural red blood cell (RBC) membrane is a superior alternative to PEG. Biomimetic RBC membrane‐coated Fe 3 O 4 nanoparticles (Fe 3 O 4 @RBC NPs) rely on CD47, which is a “don't eat me” marker on the RBC surface, to escape immune clearance through interactions with the signal regulatory protein‐alpha (SIRP‐α) receptor. Fe 3 O 4 @RBC NPs exhibit extended circulation time and show little change between the first and second doses, with no ABC suffered. In addition, the administration of Fe 3 O 4 @RBC NPs does not elicit immune responses on neither the cellular level (myeloid‐derived suppressor cells (MDSCs)) nor the humoral level (immunoglobulin M and G (IgM and IgG)). Finally, the in vivo toxicity of these cell membrane‐camouflaged nanoparticles is systematically investigated by blood biochemistry, hematology testing, and histology analysis. These findings are significant advancements toward solving the long‐existing clinical challenges of developing biomaterials that are able to resist both immune response and rapid clearance.

Abstract Effectively activating macrophages against cancer is promising but challenging. In particular, cancer cells express CD47, a ‘don’t eat me’ signal that interacts with signal regulatory protein alpha (SIRPα) on macrophages to prevent phagocytosis. Also, cancer cells secrete stimulating factors, which polarize tumor-associated macrophages from an antitumor M1 phenotype to a tumorigenic M2 phenotype. Here, we report that hybrid cell membrane nanovesicles (known as hNVs) displaying SIRPα variants with significantly increased affinity to CD47 and containing M2-to-M1 repolarization signals can disable both mechanisms. The hNVs block CD47-SIRPα signaling axis while promoting M2-to-M1 repolarization within tumor microenvironment, significantly preventing both local recurrence and distant metastasis in malignant melanoma models. Furthermore, by loading a stimulator of interferon genes (STING) agonist, hNVs lead to potent tumor inhibition in a poorly immunogenic triple negative breast cancer model. hNVs are safe, stable, drug loadable, and suitable for genetic editing. These properties, combined with the capabilities inherited from source cells, make hNVs an attractive immunotherapy.

Upconversion nanoparticles (UCNPs) with superior optical and chemical features have been broadly employed for in vivo cancer imaging. Generally, UCNPs are surface modified with ligands for cancer active targeting. However, nanoparticles in biological fluids are known to form a long-lived "protein corona", which covers the targeting ligands on nanoparticle surface and dramatically reduces the nanoparticle targeting capabilities. Here, for the first time, we demonstrated that by coating UCNPs with red blood cell (RBC) membranes, the resulting cell membrane-capped nanoparticles (RBC-UCNPs) adsorbed virtually no proteins when exposed to human plasma. We further observed in various scenarios that the cancer targeting ability of folic acid (FA)-functionalized nanoparticles (FA-RBC-UCNPs) was rescued by the cell membrane coating. Next, the FA-RBC-UCNPs were successfully utilized for enhanced in vivo tumor imaging. Finally, blood parameters and histology analysis suggested that no significant systematic toxicity was induced by the injection of biomimetic nanoparticles. Our method provides a new angle on the design of targeted nanoparticles for biomedical applications.

Abstract Biomimetic cell‐membrane‐camouflaged nanoparticles with desirable features have been widely used for various biomedical applications. However, the current research focuses on single cell membrane coating and using multiple cell membranes for nanoparticle functionalization is still challenging. In this work, platelet (PLT) and leukocyte (WBC) membranes are fused, PLT–WBC hybrid membranes are coated onto magnetic beads, and then their surface is modified with specific antibodies. The resulting PLT–WBC hybrid membrane‐coated immunomagnetic beads (HM‐IMBs) inherit enhanced cancer cell binding ability from PLTs and reduce homologous WBC interaction from WBCs, and are further used for highly efficient and highly specific isolation of circulating tumor cells (CTCs). By using spiked blood samples, it is found that, compared with commercial IMBs, the cell separation efficiency of HM‐IMBs is improved to 91.77% from 66.68% and the cell purity is improved to 96.98% from 66.53%. Furthermore, by using the HM‐IMBs, highly pure CTCs are successfully identified in 19 out of 20 clinical blood samples collected from breast cancer patients. Finally, the robustness of HM‐IMBs is verified in downstream CTC analysis such as the detection of PIK3CA gene mutations. It is anticipated that this novel hybrid membrane coating strategy will open new possibilities for overcoming the limitations of current theranostic platforms.

Nanoparticles possess the potential to revolutionize cancer diagnosis and therapy. The ideal theranostic nanoplatform should own long system circulation and active cancer targeting. Additionally, it should be nontoxic and invisible to the immune system. Here, the authors fabricate an all‐in‐one nanoplatform possessed with these properties for personalized cancer theranostics. Platelet‐derived vesicles (PLT‐vesicles) along with their membrane proteins are collected from mice blood and then coated onto Fe 3 O 4 magnetic nanoparticles (MNs). The resulting core–shell PLT‐MNs, which inherit the long circulation and cancer targeting capabilities from the PLT membrane shell and the magnetic and optical absorption properties from the MN core, are finally injected back into the donor mice for enhanced tumor magnetic resonance imaging (MRI) and photothermal therapy (PTT). Meanwhile, it is found that the PTT treatment impels PLT‐MNs targeting to the PTT sites (i.e., tumor sites), and exactly, in turn, the enhanced targeting of PLT‐MNs to tumor sites can improve the PTT effects. In addition, since the PLT membrane coating is obtained from the mice and finally injected into the same mice, PLT‐MNs exhibit stellar immune compatibility. The work presented here provides a new angle on the design of biomimetic nanoparticles for personalized diagnosis and therapy of various diseases.

The emergence of various variants of concern (VOCs) necessitates the development of more efficient vaccines for COVID-19. In this study, we established a rapid and robust production platform for a novel subunit vaccine candidate based on eukaryotic HEK-293 T cells. The immunogenicity of the vaccine candidate was evaluated in pigs. The results demonstrated that the pseudovirus neutralizing antibody (pNAb) titers reached 7751 and 306 for the SARS-CoV-2 Delta and Omicron variants, respectively, after the first boost. Subsequently, pNAb titers further increased to 10,201 and 1350, respectively, after the second boost. Additionally, ELISPOT analysis revealed a robust T-cell response characterized by IFN-γ (171 SFCs/106 cells) and IL-2 (101 SFCs/106 cells) production. Our study demonstrates that a vaccine candidate based on the Delta variant spike protein may provide strong and broad protection against the prototype SARS-CoV-2 and VOCs. Moreover, the strategy for the efficient and stable expression of recombinant proteins utilizing HEK-293 T cells can be employed as a universal platform for future vaccine development.