Инкапсуляция клеток

Инкапсуляция , или инкапсулирование (Также микроинкапсуляция / микроинкапсулирование ) клеток – технология, заключающаяся в иммобилизации жизнеспособной клеток в полимерной полупроницаемой мембране или матриксе , которые позволяют двунаправленная диффузия молекул кислорода, питательные вещества, факторы роста и другая, необходимая для клеточного метаболизма, и внешняя диффузия продукты жизнедеятельности и терапевтические белки, то же в время : их предотвращая контакт с иммунными клетками и крупные белками , способный инициировать и мунный ответ и уничтожение этих клеток.

Главная цель разработок в области инкапсулирования клеток – преодолеть отторжение трансплантата в тканевой инженерии и, тем самым, уменьшить необходимость долгосрочного использования иммунодепрессантов после трансплантации органов и тканей.

История

Успешные опыты первые в направлении инкапсуляции клеток в полимерные Мембраны Были опубликованы в 1934 году Винченцо Бишелье [1] . Он продемонстрировал источник не указаны дни 598 ] , что опухолевая клетки в полимерной структуре, пересаженный в брюшной полости свинья, в жизнеспособном остается длительный период Течение без отторжения : их иммунная система .

Тридцать лет спустя, в 1964 году, Томас Чанг RU EN предложил идею инкапсулировать клетки в ультратонкие мембраны, он же ввёл термин «искусственные клетки» RU EN , чтобы определить понятие биоинкапсуляции. Он предположил, что эти капсулы, полученная капельный метод, не только защитит скрытые клетки от иммунного отторжения, но также обеспечит высокое соотношение поверхности к объему, что увеличит доставку кислород и питательные вещества. Позже эти года Двадцать подход был введёны в Успешно на практике небольшая модельные животные , когда был разработаны микрокапсулы из альгинат-полилизин-альгинат (АП) диабетические крысы трансплантированный для островковых клеток, Исследование показало, клетки оставались что жизнеспособными и контролировали уровень глюкозы в Течение нескольких недель . В 1998 году начали проводить испытания на людях: инкапсулированные клетки, вырабатывающие цитохром Р450 , были успешно использованы в неоперабельном раке поджелудочной железы. Жизни БОЛЬНОЕ продление было примерно в два раз больше Ранее известный аналогичные случаи .

Инкапсуляция в тканевой инженерии и регенеративной медицине

Клетки предоставляют Инкапсулированная и исследователи врачи Ряд дополнительных возможности . Во-первых, клетки могут такие длительно высвобождать лекарственные препараты в месте : их имплантации . Такие методы доставки лекарственных веществ работы более экономичны и точны по сравнению с традиционными. Во-вторых, Возможность использовать появляется животные и генномодифицированные клетки в случае нехватки донорских . В-третьих, клетки могут искусственные быть введены разным пациентам сейчас на зависимости от : их лейкоцитарного антигена , что снижает затраты на лечение.

Ключевые параметры технологии

Потенциал использования микрокапсулированных клеток в успешных клинических испытаниях может быть реализован, если соблюдаются возникшие в процессе разработки требования, такие как использование соответствующего биосовместимого полимера, образующего механически и химически стабильную полупроницаемую мембрану; производство микрокапсул одинакового размера; использование соответствующих иммунносовместимых поликатионов; выбор подходящего типа клеток.

Биоматериалы

Биоматериала лучшего Использование в зависимости от применения имеет решающее Значение в развитии систем доставки лекарств и тканевой инженерии . Альгинат очень Широко Используется в связи с ЕГО доступностью и низкой стоимостью, но были также использованы и другие материалы, такие как целлюлоза, сульфат коллагена, хитозан, желатин и агароза.

Альгинат

Несколько группы подробно изучил несколько естественные и синтетические полимеры с целью развития самого подходящего биоматериала для клеток микрокапсулирования. Природные полимеры альгинаты считается наиболее подходящие материалами для микрокапсулирования из-за их доступность, отличная биосовместимость и способность к легкому биоразложению.

Альгинат не лишён недостатков. Некоторые исследователи полагают, альгинат с что высоким содержанием маннуроновой Кислоты Может Вызвать воспалительную реакцию и Аномальный рост клеток . Другие показали, альгинат с что высоким содержанием глюкуроновой Кислота приводит к еще работу более работа более активная клеточная и воспалительная • Регистрации ОбъявленияКомпанииМероприятияСкидкиФорумДобавить в Естественных Реакции условия . Альгинаты могут Сверхчистая Даже содержать эндотоксины и полифенолы , может поставить : которые под угрозу биосовместимость инкапсулированный полученные клетки . Очистка альгинаты снижает содержание эндотоксинов и полифенолы, но изменяет свойство биоматериал.

Модификация и функционализация альгината

Смогли разработать Также микрокапсулы с Исследователи измененной формой альгината с повышенной биосовместимостьюи высокая устойчивость к осмотическому набуханию. Другой подход к увеличению биологической совместимости мембраны биоматериала заключается в модификации поверхности капсулы с использованием молекул пептидов и белков, которые, в свою очередь, контролируют пролиферацию и скорость дифференциации инкапсулированных клеток. Одна группа, которая активно работает над сцеплением аминокислотной последовательности Arg-Gly-Asp (RGD) к альгинатным гидрогелям, показала, что поведение клеток можно контролировать с помощью РГД плотности в сочетании с альгинатным гелем. Альгинатные микрочастицы нагруженные миобласты клетка и функционализированная РГД позволили контролировать рост и дифференциацию загруженные клетки. Другой важный фактор, который контролирует использование клеточных микрокапсул в клинической практике,Поли-L-лизин ru enявляется наиболее широко используемым поликатионом, но его низкая биосовместимость ограничивает успешное клиническое использование этих поли-L-лизин сформулированных микрокапсул, которые привлекают воспалительные клетки, тем самым вызывая некроз загруженных клеток. Исследования также показали, что микрокапсулы альгинат-П-Л-Л-альгинат (AПA) показали низкую механическую стабильность и короткий срок службы. Таким образом, несколько исследовательских групп искали альтернативы П-Л-Л и продемонстрировали многообещающие результаты с поли-L-орнитином и поли (метилен гидрохлорида-со-гуанидином) по изготовлению прочных микрокапсул с высокой и контролируемой механической прочностью для инкапсуляции клеток. Несколько групп исследовали также использование хитозана, который является природным происхождением поликатиона, в качестве потенциальной замены для П-Л-Л в изготовлении альгинатного-хитозан (А Х) микрокапсулы для программ доставки клеток. Тем не менее исследование также показал, что стабильность альгинат-хитозана мембрана снова ограниченно, и одна группы показала, что модификация микрокапсул альгинатного-хитозано с генипином (в природе это иридоидный гликозид из гардении фруктов) сформировав генипин поперечно сшив микрокапсулу альгината – хитозан (Г ) позволяет повысить стабильность клеточных загруженных микрокапсул.

Желатин

Желатин получают денатурацией коллагена . Обладая многими из требуемых свойств, таких как способность к биоразложению, биосовместимость, неиммуногенность в физиологических условиях и легкая обрабатываемость, этот полимер является хорошим выбором для тканевой инженерии. Используется в тканевой инженерии кожи, костей и хрящей.

Хитозан

Хитозан представляет собой полисахарид, состоящий из случайно распределенной мономерных единиц глюкозамина и Д-Н-Д-ацетил глюкозамин, соединённые β- (1-4) -связей. Из N получается-деацетилирование и частичный гидролиз хитин, активно исследуется для задач систем лекарственной доставка (включая таргетную терапию) заполнения пространства имплантат, покровный и перевязочные средства. Недостаток этот полимер является его слабым механическими свойства, он удачно однако По Используется для инкапсуляции клеток в сочетании с другими полимерами , в частности, коллаген.

Агароза

Агароза представляет собой полисахарид, полученный из морских водорослей, используемых для наноинкапсуляции клеток и клеток агарозной суспензии, которые могут быть изменены, микрогранулы сформировать : Чтобы путём снижения ТЕМПЕРАТУРЫ во время приготовления . Тем не менее, одним из недостатков микрогранули, полученных таким образом, клеточный доступ Возможность через является полимерным матричным после стенки формирование капсул.

Сульфат целлюлозы

Сульфат целлюлозы получаетсяиз хлопка и, после обработки должным образом, может быть использован в качестве биосовместимой базы, в которой происходит иммобилизация клеток. Когда суспензию клеток в полианионном раствор сульфата целлюлозы добавляют к раствору другого, поликатионного полимера (например, ПДАДМАХ) в результате гелеобразования между двумя поли-ионами вокруг взвешенных клеток формируется полупроницаемая мембрана. Как клетки млекопитающих, акт и бактерии в таких условиях остаются жизнеспособными и продолжают репликацию внутри капсулы мембраны. Таким образом, в отличие от некоторых других материалов инкапсуляции, этот подход может быть использованы для роста клеток их действия в качестве мини-биореактора.что? ] . Из сульфатаКапсулы целлюлозы Успешно прошли доклинические и, как на животных, так и на людях, в первую очередь, для терапии опухолей,их продолжают но изучать для применения в Возможности.

Биологическая совместимость

Идеального высококачественного Использование биоматериала с присущими свойствами биосовместимости является наиболее Важным фактором , который определяет долгосрочную эффективность этой технологии. Идеальный биоматериал для инкапсуляции клеток должны быть тот, биосовместимы полностью : Который и НЕ вызываю иммунная реакция у хозяина , не мешают и клеточный гомеостаз, такой, чтобы обеспечить высокую жизнеспособность клеток. Тем не менее, одним из основных ограничений была неспособность воспроизводить различные биоматериалы и требования для получения лучшего понимания химии и биофункциональности биоматериалов и системы микрокапсул. Несколько исследований показали, что модификация поверхности этих клеток, содержащих микрочастицы, позволяет контролировать рост и клеточную дифференцировку инкапсулированных клеток. Одно исследование предложило использовать дзета-потенциал, который измеряет электрический заряд микрокапсулы в качестве средства для прогнозирования межфазного взаимодействия между микрокапсулой и окружающей тканью и, в свою очередь биосовместимость системы доставки.

Примечания

  1. ↑ Винченцо Бишелье.  Über die antineoplastische Immunität: I. Mitteilung. Heterologe Einpflanzung von Tumoren в Hühnerembryonen  (нем.) // Zeitschrift für Krebsforschung [ru] . – 1934. – том 40, Nr. 1 . – стр. 122-140. – ISSN 1432-1335 .

Ссылки

  • Chang TM  Полупроницаемые микрокапсулы  (англ.) // Наука. – октябрь 1964 г. – т. 146, вып. 3643 . – С. 524-525. – DOI : 10.1126 / science.146.3643.524 .
  • Lim F., Sun AM  Микрокапсулированные островки в виде биоартикулярной эндокринной поджелудочной железы  (англ.) // Наука. – ноябрь 1980 г. – т. 210, вып. 4472 . – P.908-910. – DOI : 10.1126 / science.6776628.
  • Löhr M., Bago ZT, Bergmeister H., Ceijna M., Freund M., Gelbmann W., Günzburg WH, Jesnowski R., Hain J., Hauenstein K., Henninger W., Hoffmeyer A., ​​Karle P., Kröger JC, Kundt G., Liebe S., Losert U., Müller P., Probst A., Püchele K., Renner M., Renz R., Saller R., Salmons B., Walter I.  Клеточная терапия с использованием микрокапсулированных 293, трансфецированных генной конструкцией, экспрессирующей CYP2B1, фермент, превращающий ифосфамид, инстинктивно внутри пациентов с карциномой поджелудочной железы с расширенной стадией: исследование фазы I / II  (англ.) // Журнал молекулярной медицины (Берлин, Германия). – апрель 1999 года. – Том 77, вып. 4 . – стр. 393-398. – DOI : 10.1007 / s001090050366 .
  • Лор, М; Хоффмайер, А; Kröger, J; Freund, M; Хейн, Дж; Holle, A; Karle, P; Knöfel, WT; Liebe, S; Müller, P; Nizze, H; Реннер, М; Saller, RM; Вагнер, Т; Hauenstein, K; Гюнцбург, WH; Salmons, B (19 мая 2001 г.). «Микрокапсулированная клеточно-опосредованная терапия неоперабельной панкреатической карциномы». Lancet  357 (9268): 1591-2. doi: 10.1016 / S0140-6736 (00) 04749-8 . PMID 11377651
  •  Lohr, M; Kroger, JC.; Хоффмайер, А. Freund, M.; Хейн, Дж.; Holle, A.; Knofel, WT; Liebe, S.; Nizze, H.; Реннер, М. Saller, R .; Karle, P.; Мюллер, П. Вагнер, Т. Hauenstein, K.; Salmons, B.; Gunzberg, WH (2003). «Безопасность, осуществимость и клиническая польза микрокапсулированных клеток для неоперабельной карциномы поджелудочной железы в исследовании фазы I / II». Раковая терапия  1 : 121-31.
  •  Murua A, Portero A, Orive G, Hernández RM, de Castro M, Pedraz JL (декабрь 2008). «Технология микрокапсулирования клеток: к клиническому применению». J Control Release  132 (2): 76-83. doi: 10.1016 / j.jconrel 2008.08.010 . PMID 18789985 .
  •  Сакаи С, Кавабата К, Оно Т, Иджима Х, Каваками К (август 2005 г.). «Разработка капсул с агарозным размером капсулы размером менее 100 мкм для клеточной терапии». Биоматериалы  26 (23): 4786-92. doi: 10.1016 / j.biomaterials.2004.11.043 .PMID 1576325
  •  Cellesi F, Weber W, Fussenegger M, Hubbell JA, Tirelli N (декабрь 2004 г.). «К полностью синтетической замене альгината:« тандемное »гелеобразование для производства шариков и капсул с жидким сердечником». Biotechnol. Bioeng.  88 (6): 740 doi: 10.1002 / bit.20264 .PMID 15532084 .
  •  Otterlei M, Ostgaard K, Skjåk-Braek G, Smidsrød O, Soon-Shiong P, Espevik T (август 1991 г.). «Индукция производства цитокинов из моноцитов человека, стимулированных альгинатом». J. Immunother.  10 (4): 286-91. doi: 10.1097 / 00002371-199108000-00007 .PMID 1931864 .

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *