Anticancer vaccines train the body's own immune system to recognize and eliminate malignant cells based on differential antigen expression. While conceptually attractive, clinical efficacy is lacking given several key challenges stemming from the similarities between cancerous and healthy tissue. Ideally, an effective vaccine formulation would deliver multiple tumor antigens in a fashion that potently stimulates endogenous immune responses against those antigens. Here, it is reported on the fabrication of a biomimetic, nanoparticulate anticancer vaccine that is capable of delivering autologously derived tumor antigen material together with a highly immunostimulatory adjuvant. The two major components, tumor antigens and adjuvant, are presented concurrently in a fashion that maximizes their ability to promote effective antigen presentation and activation of downstream immune processes. Ultimately, it is demonstrated that the formulation can elicit potent antitumor immune responses in vivo. When combined with additional immunotherapies such as checkpoint blockades, the nanovaccine demonstrates substantial therapeutic effect. Overall, the work represents the rational application of nanotechnology for immunoengineering and can provide a blueprint for the future development of personalized, autologous anticancer vaccines with broad applicability.

The recent success of immunotherapies has highlighted the power of leveraging the immune system in the fight against cancer. In order for most immune-based therapies to succeed, T cell subsets with the correct tumor-targeting specificities must be mobilized. When such specificities are lacking, providing the immune system with tumor antigen material for processing and presentation is a common strategy for stimulating antigen-specific T cell populations. While straightforward in principle, experience has shown that manipulation of the antigen presentation process can be incredibly complex, necessitating sophisticated strategies that are difficult to translate. Herein, the design of a biomimetic nanoparticle platform is reported that can be used to directly stimulate T cells without the need for professional antigen-presenting cells. The nanoparticles are fabricated using a cell membrane coating derived from cancer cells engineered to express a co-stimulatory marker. Combined with the peptide epitopes naturally presented on the membrane surface, the final formulation contains the necessary signals to promote tumor antigen-specific immune responses, priming T cells that can be used to control tumor growth. The reported approach represents an emerging strategy that can be used to develop multiantigenic, personalized cancer immunotherapies.