Artificial antigen-presenting interfaces in the service of immunology

Israel Journal of Chemistry

Volumn 53, Issue 9-10, 2013, Pages 655-669

  Platzman, Ilia ^a,b   Janiesch, Jan Willi ^a,b   Matić, Jovana ^a,b   Spatz, Joachim P ^a,b  

^a MAX PLANCK INSTITUTE FOR INTELLIGENT SYSTEMS   (Germany)

^b UNIVERSITY OF HEIDELBERG   (Germany)

Author keywords

Antigens; Cell recognition; Immunology; Nanostructures; T cells

Indexed keywords

EID: 84887854195     PISSN: 00212148     EISSN: 18695868     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/ijch.201300060     Document Type: Review

References (142)

1. a) C. H. June, J. Clin. Invest. 2007, 117, 1466-1476;
2. b) S. A. Rosenberg, M. E. Dudley, Curr. Opin. Immunol. 2009, 21, 233-240;
3. c) O. J. Finn, N. Engl. J. Med. 2008, 358, 2704-2715;
4. d) T. S. Park, S. A. Rosenberg, R. A. Morgan, Trends Biotechnol. 2011, 29, 550-557.
5. J. A. Hoxie, C. H. June, Cold Spring Harbor Perspect. Med. 2012, 2, a007179.
6. a) Q. Tang, J. Y. Adams, A. J. Tooley, M. Bi, B. T. Fife, P. Serra, P. Santamaria, R. M. Locksley, M. F. Krummel, J. A. Bluestone, Nat. Immunol. 2006, 7, 83-92;
7. b) Q. Tang, K. J. Henriksen, M. Bi, E. B. Finger, G. Szot, J. Ye, E. L. Masteller, H. McDevitt, M. Bonyhadi, J. A. Bluestone, J. Exp. Med. 2004, 199, 1455-1465;
8. c) K. V. Tarbell, L. Petit, X. Zuo, P. Toy, X. Luo, A. Mqadmi, H. Yang, M. Suthanthiran, S. Mojsov, R. M. Steinman, J. Exp. Med. 2007, 204, 191-201;
9. d) J. L. Riley, C. H. June, B. R. Blazar, Immunity 2009, 30, 656-665.
10. a) L. A. Haile, W. R. Von, J. Gamrekelashvili, C. Kruger, O. Bachmann, A. M. Westendorf, J. Buer, R. Liblau, M. P. Manns, F. Korangy, T. F. Greten, Gastroenterology 2008, 135, 871-881;
11. b) M. Leach, A. Bean, S. Mauze, R. Coffman, F. Powrie, Am. J. Pathol. 1996, 148, 1503-1515.
12. B. N. Manz, J. T. Groves, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2010, 11, 342-352.
13. a) R. M. Steinman, J. Banchereau, Nature 2007, 449, 419-426;
14. b) C. Trumpfheller, M. P. Longhi, M. Caskey, J. Idoyaga, L. Bozzacco, T. Keler, S. J. Schlesinger, R. M. Steinman, J. Intern. Med. 2012, 271, 183-192.
15. L. Jenne, G. Schuler, A. Steinkasserer, Trends Immunol. 2001, 22, 102-107.
16. a) E. R. Steenblock, S. H. Wrzesinski, R. A. Flavell, T. M. Fahmy, Expert Opin. Biol. Ther. 2009, 9, 451-464;
17. b) S. Della Bella, M. Gennaro, M. Vaccari, C. Ferraris, S. Nicola, A. Riva, M. Clerici, M. Greco, M. L. Villa, Br. J. Cancer 2003, 89, 1463-1472;
18. c) M. Oelke, C. Krueger, R. L. Giuntoli, J. P. Schneck, Trends Mol. Med. 2005, 11, 412-420.
19. T. R. Mempel, S. E. Henrickson, U. H. von Andrian, Nature 2004, 427, 154-159.
20. a) M. C. Milone, L. C. Kam, Wiley Interdiscip. Rev.: Nanomed. Nanobiotechnol. 2013, 5, 75-85;
21. b) A. Grakoui, S. K. Bromley, C. Sumen, M. M. Davis, A. S. Shaw, P. M. Allen, M. L. Dustin, Science 1999, 285, 221-227;
22. c) K. Lee, A. D. Holdorf, M. L. Dustin, A. C. Chan, P. M. Allen, A. S. Shaw, Science 2002, 295, 1539-1542;
23. d) J. B. Huppa, M. M. Davis, Nat. Immunol. 2003, 3, 973-983;
24. e) K. Perica, J. G. Bieler, M. Edidin, J. Schneck, Biophys. J. 2012, 103, 1890-1898.
25. a) R. Alon, M. L. Dustin, Immunity 2007, 26, 17-27;
26. b) R. S. O'Connor, X. L. Hao, K. Y. Shen, K. Bashour, T. Akimova, W.W. Hancock, L. C. Kam, M. C. Milone, J. Immunol. 2012, 189, 1330-1339;
27. c) E. Judokusumo, E. Tabdanov, S. Kumari, M. L. Dustin, L. C. Kam, Biophys. J. 2012, 102, L5-L7;
28. d) T. A. Springer, M. L. Dustin, Curr. Opin. Cell Biol. 2012, 24, 107-115.
29. a) C. J. Turtle, S. R. Riddell, Cancer J. 2010, 16, 374-381;
30. b) J. V. Kim, J. B. Latouche, I. Riviere, M. Sadelain, Nat. Biotechnol. 2004, 22, 403-410.
31. a) D. J. Irvine, M. A. Purbhoo, M. Krogsgaard, M. M. Davis, Nature 2002, 419, 845-849;
32. b) Y. Sykulev, M. Joo, I. Vturina, T. J. Tsomides, H. N. Eisen, Immunity 1996, 4, 565-571.
33. B. F. Lillemeier, M. A. Mortelmaier, M. B. Forstner, J. B. Huppa, J. T. Groves, M. M. Davis, Nat. Immunol. 2010, 11, 90-96.
34. E. K. Barber, J. D. Dasgupta, S. F. Schlossman, J. M. Trevillyan, C. E. Rudd, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1989, 86, 3277-3281.
35. G. Campi, R. Varma, M. L. Dustin, J. Exp. Med. 2005, 202, 1031-1036.
36. a) M. L. Dustin, J. T. Groves, Annu. Rev. Biophys. 2012, 41, 543-556;
37. b) J. R. James, R. D. Vale, Nature 2012, 487, 64-69.
38. a) R. J. Greenwald, G. J. Freeman, A. H. Sharpe, Annu. Rev. Biophys. 2005, 23, 515-548;
39. b) P. G. Andres, K. C. Howland, D. Dresnek, S. Edmondson, A. K. Abbas, M. F. Krummel, J. Immunol. 2004, 172, 5880-5886;
40. c) P. G. Andres, K. C. Howland, A. Nirula, L. P. Kane, L. Barron, D. Dresnek, A. Sadra, J. Imboden, A. Weiss, A. K. Abbas, Nat. Immunol. 2004, 5, 435-442.
41. a) M. F. Bachmann, K. McKall-Faienza, R. Schmits, D. Bouchard, J. Beach, D. E. Speiser, T.W. Mak, P. S. Ohashi, Immunity 1997, 7, 549-557;
42. b) C. R. F. Monks, B. A. Freiberg, H. Kupfer, N. Sciaky, A. Kupfer, Nature 1998, 395, 82-86;
43. c) R. Varma, G. Campi, T. Yokosuka, T. Saito, M. L. Dustin, Immunity 2006, 25, 117-127;
44. d) A. Scholer, S. Hugues, A. Boissonnas, L. Fetler, S. Amigorena, Immunity 2008, 28, 258-270.
45. A. M. Thornton, E. E. Donovan, C. A. Piccirillo, E. M. Shevach, J. Immunol. 2004, 172, 6519-6523.
46. a) D. A. Blair, M. L. Dustin, Nat. Immunol. 2013, 14, 311-312;
47. b) A. Gerard, O. Khan, P. Beemiller, E. Oswald, J. Hu, M. Matloubian, M. F. Krummel, Nat. Immunol. 2013, 14, 356-363.
48. C. Barcia, C. E. Thomas, J. F. Curtin, G. D. King, K. Wawrowsky, M. Candolfi, W. D. Xiong, C. Y. Liu, K. Kroeger, O. Boyer, J. Kupiec-Weglinski, D. Klatzmann, M. G. Castro, P. R. Lowenstein, J. Exp. Med. 2006, 203, 2095-2107.
49. J. Polleux, M. Rasp, I. Louban, N. Plath, A. Feldhoff, J. P. Spatz, ACS Nano 2011, 5, 6355-6364.
50. T. Ilani, G. Vasiliver-Shamis, S. Vardhana, A. Bretscher, M. L. Dustin, Nat. Immunol. 2009, 10, 531-539.
51. Y. C. Li, B. M. Chen, P. C. Wu, T. L. Cheng, L. S. Kao, M. H. Tao, A. Lieber, S. R. Roffler, J. Immunol. 2010, 184, 5959-5963.
52. H. R. Jung, J. C. Choi, W. Cho, J. Doh, Wiley Interdiscip. Rev.: Nanomed. Nanobiotechnol. 2013, 5, 67-74.
53. J. Doh, D. J. Irvine, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 5700-5705.
54. J. Doh, D. J. Irvine, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9170-9171.
55. K. Shen, V. K. Thomas, M. L. Dustin, L. C. Kam, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 7791-7796.
56. E. Sackmann, Science 1996, 271, 43-48.
57. C. H. Yu, J. T. Groves, Med. Biol. Eng. Comput. 2010, 48, 955-963.
58. J. J. Illingworth, P. A. van der Merwe, Immunology 2012, 135, 198-206.
59. a) J. A. Nye, J. T. Groves, Langmuir 2008, 24, 4145-4149;
60. b) W. J. Galush, J. A. Nye, J. T. Groves, Biophys. J. 2008, 95, 2512-2519;
61. c) M. Axmann, J. B. Huppa, M. M. Davis, G. J. Schutz, Biophys. J. 2012, 103, L17-L19;
62. d) J. B. Huppa, M. Axmann, M. A. Mortelmaier, B. F. Lillemeier, E.W. Newell, M. Brameshuber, L. O. Klein, G. J. Schutz, M. M. Davis, Nature 2010, 463, 963-967.
63. J. T. Groves, M. L. Dustin, J. Immunol. Methods 2003, 278, 19-32.
64. a) M. L. Dustin, T. Starr, R. Varma, V. K. Thomas, Curr. Protoc. Immunol. 2007, 18.13.11-18.13.35;
65. b) P. M. Nair, K. Salaita, R. S. Petit, J. T. Groves, Nat. Protoc. 2011, 6, 523-539.
66. L. F. Zhang, S. Granick, J. Chem. Phys. 2005, 123, 211104(1)-211104(4).
67. a) K. Suzuki, K. Ritchie, E. Kajikawa, T. Fujiwara, A. Kusumi, Biophys. J. 2005, 88, 3659-3680;
68. b) Y. M. Umemura, M. Vrljic, S. Y. Nishimura, T. K. Fujiwara, K. G. N. Suzuki, A. Kusumi, Biophys. J. 2008, 95, 435-450.
69. M. L. Kraft, P. K. Weber, M. L. Longo, I. D. Hutcheon, S. G. Boxer, Science 2006, 313, 1948-1951.
70. a) A. B. Vogt, S. Spindeldreher, H. Kropshofer, Immunol. Rev. 2002, 189, 136-151;
71. b) H. A. Anderson, E. M. Hiltbold, P. A. Roche, Nat. Immunol. 2000, 1, 156-162.
72. L. Kam, S. G. Boxer, Langmuir 2003, 19, 1624-1631.
73. a) K. D. Mossman, G. Campi, J. T. Groves, M. L. Dustin, Science 2005, 310, 1191-1193;
74. b) K. Y. Shen, J. Tsai, P. Shi, L. C. Kam, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13204-13205;
75. c) A. L. DeMond, K. D. Mossman, T. Starr, M. L. Dustin, J. T. Groves, Biophys. J. 2008, 94, 3286-3292.
76. a) J. J. Shi, J. X. Chen, P. S. Cremer, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2718-2719;
77. b) S. Lenhert, P. Sun, Y. H. Wang, H. Fuchs, C. A. Mirkin, Small 2007, 3, 71-75;
78. c) B. L. Jackson, J. T. Groves, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13878-13879.
79. a) J. T. Groves, N. Ulman, S. G. Boxer, Science 1997, 275, 651-653;
80. b) L. C. Kam, J. Struct. Biol. 2009, 168, 3-10.
81. J. Tsai, E. Sun, Y. Gao, J. C. Hone, L. C. Kam, Nano Lett. 2008, 8, 425-430.
82. Y. Hori, S. Raychaudhuri, A. K. Chakraborty, J. Chem. Phys. 2002, 117, 9491-9501.
83. M. T. Figge, M. Meyer-Hermann, PLoS Comput. Biol. 2006, 2, 1377-1384.
84. O. Milstein, S. Y. Tseng, T. Starr, J. Llodra, A. Nans, M. L. Liu, M. K. Wild, P. A. van der Merwe, D. L. Stokes, Y. Reisner, M. L. Dustin, J. Biol. Chem. 2008, 283, 34414-34422.
85. N. C. Hartman, J. A. Nye, J. T. Groves, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 12729-12734.
86. a) R. Parthasarathy, C. H. Yu, J. T. Groves, Langmuir 2006, 22, 5095-5099;
87. b) W. T. Hsieh, C. J. Hsu, B. R. Capraro, T. T. Wu, C. M. Chen, S. Yang, T. Baumgart, Langmuir 2012, 28, 12838-12843.
88. a) D. E. Discher, P. Janmey, Y. Wang, Science 2005, 310, 1139-1143;
89. b) D. E. Discher, D. J. Mooney, P.W. Zandstra, Science 2009, 324, 1673-1677;
90. c) A. J. Engler, S. Sen, H. L. Sweeney, D. E. Discher, Cell 2006, 126, 677-689;
91. d) B. Geiger, J. P. Spatz, A. D. Bershadsky, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009, 10, 21-33;
92. e) C. Lee-Thedieck, N. Rauch, R. Fiammengo, G. Klein, J. P. Spatz, J. Cell Sci. 2012, 125, 3765-3775;
93. f) R. G. Wells, Hepatology 2008, 47, 1394-1400.
94. P. Hersen, B. Ladoux, Nature 2011, 470, 340-341.
95. B. H. Hosseini, I. Louban, D. Djandji, G. H. Wabnitz, J. Deeg, N. Bulbuc, Y. Samstag, M. Gunzer, J. P. Spatz, G. J. Hammerling, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 17852-17857.
96. S. Hoffmann, B. H. Hosseini, M. Hecker, I. Louban, N. Bulbuc, N. Garbi, G. H. Wabnitz, Y. Samstag, J. P. Spatz, G. J. Hammerling, Immunol. Lett. 2011, 136, 13-20.
97. S. T. Kim, K. Takeuchi, Z. Y. J. Sun, M. Touma, C. E. Castro, A. Fahmy, M. J. Lang, G. Wagner, E. L. Reinherz, J. Biol. Chem. 2009, 284, 31028-31037.
98. J. Husson, K. Chemin, A. Bohineust, C. Hivroz, N. Henry, PLoS One 2011, 6, e19680.
99. E. Evans, K. Ritchie, R. Merkel, Biophys. J. 1995, 68, 2580-2587.
100. a) T. Nishimura, M. Nakui, M. Sato, K. Iwakabe, H. Kitamura, M. Sekimoto, A. Ohta, T. Koda, S. Nishimura, Cancer Chemother. Pharmacol. 2000, 46, S52-S61;
101. b) N. P. Restifo, M. E. Dudley, S. A. Rosenberg, Nat. Rev. Immunol. 2012, 12, 269-281.
102. a) J. Curtsinger, M. J. Deeths, P. Pease, M. F. Mescher, J. Immunol. Methods 1997, 209, 47-57;
103. b) A. Trickett, Y. L. Kwan, J. Immunol. Methods 2003, 275, 251-255.
104. a) M. F. Mescher, J. Immunol. 1992, 149, 2402-2405;
105. b) X. B. Wei, B. J. Tromberg, M. D. Cahalan, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 8471-8476.
106. a) M. J. Deeths, M. F. Mescher, Eur. J. Immunol. 1997, 27, 598-608;
107. b) M. J. Deeths, M. F. Mescher, Eur. J. Immunol. 1999, 29, 45-53.
108. M. J. Deeths, R. M. Kedl, M. F. Mescher, J. Immunol. 1999, 163, 102-110.
109. M. F. Mescher, J. M. Curtsinger, P. Agarwal, K. A. Casey, M. Gemer, C. D. Hammerbeck, F. Popescu, Z. G. Xiao, Immunol. Rev. 2006, 211, 81-92.
110. K. A. Casey, M. F. Mescher, J. Immunol. 2007, 178, 7640-7648.
111. B. Carpentier, P. Pierobon, C. Hivroz, N. Henry, PLoS One 2009, 4, e4784.
112. a) B. L. Levine, W. B. Bernstein, M. Connors, N. Craighead, T. Lindsten, C. B. Thompson, C. H. June, J. Immunol. 1997, 159, 5921-5930;
113. b) I. Laux, A. Khoshnan, C. Tindell, D. Bae, X. M. Zhu, C. H. June, R. B. Effros, A. Nel, Clin. Immunol. 2000, 96, 187-197.
114. a) A. E. Trickett, Y. L. Kwan, B. Cameron, J. M. Dwyer, J. Immunol. Methods 2002, 262, 71-83;
115. b) A. P. Rapoport, E. A. Stadtmauer, N. Aqui, A. Badros, J. Cotte, L. Chrisley, E. Veloso, Z. H. Zheng, S. Westphal, R. Mair, N. Chi, B. Ratterree, M. F. Pochran, S. Natt, J. Hinkle, C. Sickles, A. Sohal, K. Ruehle, C. Lynch, L. Zhang, D. L. Porter, S. Luger, C. F. Guo, H. B. Fang, W. Blackwelder, K. Hankey, D. Mann, R. Edelman, C. Frasch, B. L. Levine, A. Cross, C. H. June, Nat. Med. 2005, 11, 1230-1237;
116. c) R. J. Brentjens, I. Riviere, J. H. Park, M. L. Davila, X. Y. Wang, J. Stefanski, C. Taylor, R. Yeh, S. Bartido, O. Borquez-Ojeda, M. Olszewska, Y. Bernal, H. Pegram, M. Przybylowski, D. Hollyman, Y. Usachenko, D. Pirraglia, J. Hosey, E. Santos, E. Halton, P. Maslak, D. Scheinberg, J. Jurcic, M. Heaney, G. Heller, M. Frattini, M. Sadelain, Blood 2011, 118, 4817-4828;
117. d) X. L. Lu, X. B. Jiang, R. Liu, H. Y. Zhao, Z. H. Liang, Cancer Lett. 2008, 271, 129-139;
118. e) S. Ugel, A. Zoso, C. De Santo, Y. Li, I. Marigo, P. Zanovello, E. Scarselli, B. Cipriani, M. Oelke, J. P. Schneck, V. Bronte, Cancer Res. 2009, 69, 9376-9384.
119. a) E. M. Pridgen, R. Langer, O. C. Farokhzad, Nanomedicine 2007, 2, 669-680;
120. b) J. Kost, R. Langer, Adv. Drug Delivery Rev. 2012, 64, 327-341.
121. a) E. R. Steenblock, T. Fadel, M. Labowsky, J. S. Pober, T. M. Fahmy, J. Biol. Chem. 2011, 286, 34883-34892;
122. b) E. R. Steenblock, T. M. Fahmy, Mol. Ther. 2008, 16, 765-772.
123. V. H. Engelhard, J. L. Strominger, M. Mescher, S. Burakoff, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1978, 75, 5688-5691.
124. a) S. H. Herrmann, M. F. Mescher, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1981, 78, 2488-2492;
125. b) S. H. Herrmann, O. Weinberger, S. J. Burakoff, M. F. Mescher, J. Immunol. 1982, 128, 1968-1974.
126. T. M. Allen, P. R. Cullis, Adv. Drug Delivery Rev. 2013, 65, 36-48.
127. B. Prakken, M. Wauben, D. Genini, R. Samodal, J. Barnett, A. Mendivil, L. Leoni, S. Albani, Nat. Med. 2000, 6, 1406-1410.
128. V. I. Mallet-Designe, T. Stratmann, D. Homann, F. Carbone, M. B. A. Oldstone, L. Teyton, J. Immunol. 2003, 170, 123-131.
129. F. Giannoni, J. Barnett, K. Bi, R. Samodal, P. Lanza, P. Marchese, R. Billetta, R. Vita, M. R. Klein, B. Prakken, W. W. Kwok, E. Sercarz, A. Altman, S. Albani, J. Immunol. 2005, 174, 3204-3211.
130. R. Zappasodi, M. Di Nicola, C. Carlo-Stella, R. Mortarini, A. Molla, C. Vegetti, S. Albani, A. Anichini, A. M. Gianni, Haematologica 2008, 93, 1523-1534.
131. M. Zagnoni, Lab Chip 2012, 12, 1026-1039.
132. D. D. Lasic, Trends Biotechnol. 1998, 16, 307-321.
133. T. F. Tadros, in Emulsion Science and Technology, Wiley- VCH, Weinheim, 2009, pp. 1-56.
134. N. Bourouina, J. Husson, C. Hivroz, N. Henry, Langmuir 2012, 28, 6106-6113.
135. J. Fattaccioli, J. Baudry, J. D. Emerard, E. Bertrand, C. Goubault, N. Henry, J. Bibette, Soft Matter 2009, 5, 2232-2238.
136. M. Polonsky, I. Zaretsky, N. Friedman, Briefings Funct. Genomics 2013, 12, 99-108.
137. I. Zaretsky, M. Polonsky, E. Shifrut, S. Reich-Zeliger, Y. Antebi, G. Aidelberg, N. Waysbort, N. Friedman, Lab Chip 2012, 12, 5007-5015.
138. A. J. Torres, R. L. Contento, S. Gordo, K.W. Wucherpfennig, J. C. Love, Lab Chip 2013, 13, 90-99.
139. A. Dove, Nat. Biotechnol. 1999, 17, 859-863.
140. T. P. Lagus, J. F. Edd, J. Phys. D: Appl. Phys. 2013, 46, 114005-114027.
141. I. Platzman, J.-W. Janiesch, J. P. Spatz, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3339-3342.
142. J. Clausell-Tormos, D. Lieber, J. C. Baret, A. El-Harrak, O. J. Miller, L. Frenz, J. Blouwolff, K. J. Humphry, S. Koster, H. Duan, C. Holtze, D. A. Weitz, A. D. Griffiths, C. A. Merten, Chem. Biol. 2008, 15, 427-437.