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Biomaterial-based delivery platforms for transdermal immunotherapy - 13/08/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.115048 
Mohammad Dahri a, b, Nima Beheshtizadeh c, d, Nasrin Seyedpour e, f, Amin Nakhostin-Ansari g, Faezeh Aghajani h, Simin Seyedpour e, i, Moein Masjedi j, Fatemeh Farjadian k, Reza Maleki l, , Khosro Adibkia a,
a Research Center for Pharmaceutical Nanotechnology, Biomedicine Institute, Tabriz University of Medical Sciences, Tabriz, Iran 
b Computational Biology and Chemistry Group (CBCG), Universal Scientific Education and Research Network (USERN), Tehran, Iran 
c Department of Tissue Engineering, School of Advanced Technologies in Medicine, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran 
d Regenerative Medicine group (REMED), Universal Scientific Education and Research Network (USERN), Tehran, Iran 
e Nanomedicine Research Association (NRA), Universal Scientific Education and Research Network (USERN), Tehran, Iran 
f Department of Medical Physics and Biomedical Engineering, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran 
g Sports Medicine Research Center, Neuroscience Institute, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran 
h Research Development Center, Arash Women’s Hospital, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran 
i Student Research Committee, School of Medicine, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran 
j Department of Pharmaceutics, School of Pharmacy, Shiraz University of Medical Sciences, Shiraz, Iran 
k Pharmaceutical Sciences Research Center, Shiraz University of Medical Sciences, Shiraz, Iran 
l Department of Chemical Technologies, Iranian Research Organization for Sciences and Technology (IROST), P.O. Box 33535111 Tehran, Iran 

Correspond authors.

Abstract

Nowadays, immunotherapy is one of the most essential treatments for various diseases and a broad spectrum of disorders are assumed to be treated by altering the function of the immune system. For this reason, immunotherapy has attracted a great deal of attention and numerous studies on different approaches for immunotherapies have been investigated, using multiple biomaterials and carriers, from nanoparticles (NPs) to microneedles (MNs). In this review, the immunotherapy strategies, biomaterials, devices, and diseases supposed to be treated by immunotherapeutic strategies are reviewed. Several transdermal therapeutic methods, including semisolids, skin patches, chemical, and physical skin penetration enhancers, are discussed. MNs are the most frequent devices implemented in transdermal immunotherapy of cancers (e.g., melanoma, squamous cell carcinoma, cervical, and breast cancer), infectious (e.g., COVID-19), allergic and autoimmune disorders (e.g., Duchenne’s muscular dystrophy and Pollinosis). The biomaterials used in transdermal immunotherapy vary in shape, size, and sensitivity to external stimuli (e.g., magnetic field, photo, redox, pH, thermal, and even multi-stimuli-responsive) were reported. Correspondingly, vesicle-based NPs, including niosomes, transferosomes, ethosomes, microemulsions, transfersomes, and exosomes, are also discussed. In addition, transdermal immunotherapy using vaccines has been reviewed for Ebola, Neisseria gonorrhoeae , Hepatitis B virus, Influenza virus, respiratory syncytial virus, Hand-foot-and-mouth disease, and Tetanus.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

The importance of immunotherapy and various strategies of immunotherapeutic agents delivery has been clarified.
The microneedle technology has been highlighted as a valuable and appropriate method of transdermal immunotherapy.
The last methods of transdermal immunotherapy to treat different infectious diseases has been shown.

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Abbreviation : APC, TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-18, IL-10, TGF-β, DC, TCR, TLR, Tregs, CCL3, NK, IFN-γ, GM-CSF, ID, IgG, IM, PLGA, anti-CD28, MHC, DNA, RNA, NPs, PD-1, PEG-RGD, OVA, 3D, CTL, ROS, CD47, TAMs, M1-like, MQs, sRNA, kDa, 5- FU, AgNP, HPMC, EVA, PVP, MPC, IgE, IP, CTLA-4, LCMV, LC, IMI-Gel, IMI-Sol, TRP-2, NIR, anti-PD1 antibody, IDO, MQ, MERS-S1, S/O, CDN, STING-NPs, PAMs, PRR, HA, MSCs, PSCA, SCC, PLGA-PLL/γPGA, HBV, EV71, VLPs, ICG

Keywords : Biomaterials, Transdermal immunotherapy, Microneedle, Skin patches, Penetration enhancers


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