A sejtek kapszulázása vagy kapszulázása ( mikrokapszulázás / mikrokapszulázás is ) – olyan technológia, amely az életképes sejtek rögzítését polimer féligáteresztő membránba vagy mátrixba foglalja, amely lehetővé teszi az oxigénmolekulák, tápanyagok, növekedési faktorok és egyéb, a sejtanyagcseréhez szükségesek kétirányú diffúzióját, és Az élet és a terápiás fehérjék külső diffúziója, miközben megakadályozza azok érintkezését az immunsejtekkel és a nagy fehérjékkel, amelyek immunválaszt válthatnak ki és elpusztíthatják ezeket a sejteket.
A sejtkapszulázással kapcsolatos fejlesztések fő célja a transzplantátum kilökődésének leküzdése a szövetsebészetben, és ezáltal csökkenteni a szerv- és szövettranszplantáció utáni immunszuppresszánsok hosszú távú alkalmazásának szükségességét .
Az első sikeres kísérleteket a polimer membránokba való sejtkapszulázással kapcsolatban Vincenzo Bisceglie publikálta 1934-ben [1] . Bemutattahasüregébe transzplantált polimer szerkezetben lévő daganatsejtek hosszú ideig életképesek maradnak anélkül, hogy az immunrendszer kilökné őket .
Harminc évvel később, 1964-ben Thomas Chang felvetette a sejtek ultravékony membránokba való kapszulázásának ötletét, és megalkotta a "mesterséges sejtek" kifejezést a biokapszulázás fogalmának meghatározására. Feltételezése szerint ezek a cseppkapszulák nemcsak megvédik a látens sejteket az immunkilökődéstől, hanem magas felület/térfogat arányt is biztosítanak, ami növeli az oxigén és a tápanyagok szállítását. Húsz évvel később ezt a megközelítést sikeresen alkalmazták kisállatmodellekben , amikor alginát-polilizin-alginát (APA) mikrokapszulákat fejlesztettek ki diabéteszes patkányokba átültetett szigetsejtekhez . A vizsgálat kimutatta, hogy a sejtek életképesek maradtak, és néhány hétig szabályozták a glükózszintet . 1998-ban megkezdődtek a humán kísérletek: a kapszulázott citokróm P450 -et termelő sejteket sikeresen alkalmazták inoperábilis hasnyálmirigyrákban. A betegek élettartamának meghosszabbítása megközelítőleg kétszerese volt a korábban ismert hasonló eseteknek.
A kapszulázott sejtek számos további lehetőséget kínálnak a kutatóknak és az orvosoknak. Először is, az ilyen sejtek beágyazódásuk helyén hosszú ideig felszabadíthatnak gyógyszereket . Az ilyen gyógyszerbejuttatási módszerek pontosabbak és gazdaságosabbak, mint a hagyományosak. Másodszor, lehetővé válik az állatok és a genetikailag módosított sejtek felhasználása donorhiány esetén. Harmadszor, a mesterséges sejteket különböző betegeknek lehet beadni, függetlenül azok leukocita antigénjétől, ami csökkenti a kezelés költségeit.
A mikrokapszulázott sejtek felhasználásának lehetőségei sikeres klinikai vizsgálatokban akkor valósulhatnak meg, ha a fejlesztési folyamat során felmerült követelmények teljesülnek, mint például megfelelő biokompatibilis polimer alkalmazása, amely mechanikailag és kémiailag stabil féligáteresztő membránt képez; azonos méretű mikrokapszulák előállítása; megfelelő immunkompatibilis polikationok használata; a megfelelő sejttípus kiválasztása.
BioanyagokAz alkalmazástól függően a legjobb bioanyag használata kritikus fontosságú a gyógyszeradagoló rendszerek és a szövetsebészet fejlesztésében. Az alginátot igen széles körben használják elérhetősége és alacsony költsége miatt, de más anyagokat is alkalmaztak, mint például cellulóz, kollagén-szulfát, kitozán, zselatin és agaróz.
AlginátSzámos csoport több természetes és szintetikus polimert is részletesen tanulmányozott azzal a céllal, hogy a mikrokapszulázó sejtek számára legmegfelelőbb bioanyagot kidolgozzák. A természetes alginát polimereket a legmegfelelőbb anyagoknak tartják a mikrokapszulázáshoz elérhetőségük, kiváló biokompatibilitásuk és könnyű biológiai lebonthatóságuk miatt.
Az alginátnak nincsenek hátrányai. Egyes kutatók úgy vélik, hogy a magas mannuronsav-alginát gyulladásos választ és rendellenes sejtnövekedést okozhat. Mások kimutatták, hogy a magas glükuronsav-alginát in vivo még aktívabb sejtnövekedést és gyulladásos választ eredményez. Még az ultratiszta alginátok is tartalmazhatnak endotoxinokat és polifenolokat , amelyek veszélyeztethetik a kapott kapszulázott sejtek biokompatibilitását. Az alginátok tisztítása csökkenti az endotoxinok és polifenolok tartalmát, de megváltoztatja a bioanyag tulajdonságait.
Alginát módosítása és funkcionalizálásaA kutatóknak olyan újraformázott alginát mikrokapszulákat is sikerült kifejleszteniük, amelyek fokozott biokompatibilitással és nagy ellenállással rendelkeznek az ozmotikus duzzadással szemben. Egy másik megközelítés a bioanyag membránok biokompatibilitásának növelésére a kapszula felületének módosítása peptid- és fehérjemolekulákkal, amelyek viszont szabályozzák a kapszulázott sejtek proliferációját és differenciálódási sebességét. Az egyik csoport, amely aktívan dolgozik az Arg-Gly-Asp (RGD) aminosavszekvencia és az alginát-hidrogél összekapcsolásán, kimutatta, hogy a sejtek viselkedése szabályozható a sűrűség RGD-vel alginát géllel kombinálva. A myoblaszt sejtekkel és funkcionalizált RGD-vel feltöltött alginát mikrorészecskék lehetővé tették a terhelt sejtek növekedésének és differenciálódásának szabályozását. Egy másik fontos tényező, amely szabályozza a sejtes mikrokapszulák használatát a klinikai gyakorlatban, egy megfelelő immunkompatibilis polikation kifejlesztése, amely bevonja az egyébként nagyon porózus alginát gyöngyöket, és ezáltal stabilitást és immunvédelmet biztosít a rendszernek. A poli-L-lizin a legszélesebb körben használt polikation, de alacsony biokompatibilitása korlátozza ezeknek a poli-L-lizin formájú mikrokapszuláknak a sikeres klinikai alkalmazását, amelyek vonzzák a gyulladásos sejteket, és ezáltal a feltöltött sejtek nekrózisát indukálják. A vizsgálatok azt is kimutatták, hogy az alginát-P-L-L-alginát (APA) mikrokapszulák alacsony mechanikai stabilitást és rövid élettartamot mutattak. Így több kutatócsoport keresett alternatívákat a P-L-L-re, és ígéretes eredményeket mutatott fel poli-L-ornitin és poli(metilén-hidroklorid-ko-guanidin) alkalmazásával erős, nagy és szabályozott mechanikai szilárdságú mikrokapszulák előállításában a sejtkapszulázáshoz. Számos csoport megvizsgálta a kitozán, amely egy természetben előforduló polikation, a P-L-L potenciális helyettesítőjeként az alginát-kitozán (A X) mikrokapszulák gyártásában sejtbejuttatási programokban. A vizsgálatok azonban azt is kimutatták, hogy az alginát-kitozán membránok stabilitása ismét korlátozott, és egy csoport kimutatta, hogy az alginát-kitozán mikrokapszulák genipinnel (természetesen a gardénia terméséből származó iridoid glikozid) történő módosítása genipin térhálós alginát-kitozán mikrokapszulákat képez. (GACh) lehetővé teszi a sejttel töltött mikrokapszulák stabilitásának növelését.
ZselatinA zselatint a kollagén denaturálásával nyerik . Számos olyan kívánt tulajdonsággal rendelkezik, mint a biológiai lebonthatóság, biokompatibilitás, nem immunogenitás fiziológiás körülmények között , és könnyen feldolgozható, ezért ez a polimer jó választás a szövetfejlesztéshez. A bőr, a csontok és a porcok szövetfejlesztésében használják.
KitozánA kitozán egy poliszacharid, amely D-glükózamin és N-acetil-D-glükózamin véletlenszerűen elosztott monomer egységeiből áll, amelyeket β-(1-4)-kötések kapcsolnak össze. A kitin N-dezacetilezéséből és részleges hidrolíziséből nyert, aktívan tanulmányozzák a gyógyszeradagoló rendszerek (beleértve a célzott terápiát) problémáit, az implantátumok, burkolatok és kötszerek térkitöltését. Ennek a polimernek a hátránya a gyenge mechanikai tulajdonságai, de sikeresen használják sejtkapszulázáshoz más polimerekkel, különösen kollagénnel kombinálva.
AgaroseAz agaróz egy hínárból származó poliszacharid, amelyet sejtek nanokapszulázására és agaróz szuszpenziós sejtekre használnak, és az előállítás során a hőmérséklet csökkentésével mikrogyöngyökké alakíthatók. Az így elkészített mikrogyöngyök egyik hátránya azonban az, hogy a kapszulaképződés után a polimer mátrix falán keresztül a sejtekhez hozzá lehet jutni.
Cellulóz-szulfátA cellulóz-szulfát pamutból származik, és megfelelő feldolgozás esetén biológiailag kompatibilis alapként használható, amelyben a sejteket rögzítik. Ha egy polianionos cellulóz-szulfát oldatban lévő sejtszuszpenziót egy másik polikationos polimer (pl. pDADMAC) oldatához adunk, a két poliion közötti gélesedés eredményeként féligáteresztő membrán képződik a szuszpendált sejtek körül. Mind az emlőssejtek, mind a baktériumok életképesek maradnak ilyen körülmények között, és tovább szaporodnak a membránkapszulában. Így, ellentétben néhány más kapszulázó anyaggal, ez a megközelítés használható sejtek növesztésére mini-bioreaktorként való működésük révén. Az anyag biokompatibilis természetét sejttel töltött implantátumkapszulákat, valamint izolált anyagú kapszulákat alkalmazó vizsgálatok igazolták.[ mi? ] . A cellulóz-szulfát kapszulákat preklinikai és klinikai vizsgálatokban sikeresen tesztelték állatokon és embereken egyaránt, elsősorban tumorterápia céljából, de továbbra is tanulmányozzák más alkalmazásokra.
A biokompatibilitási tulajdonságokkal rendelkező ideális, jó minőségű bioanyag használata a legfontosabb tényező, amely meghatározza ennek a technológiának a hosszú távú hatékonyságát. A sejtek kapszulázásához ideális bioanyagnak olyannak kell lennie, amely teljesen biokompatibilis, és nem vált ki immunválaszt a gazdaszervezetben, és nem zavarja a sejt homeosztázist , így biztosítva a sejtek magas életképességét. Az egyik fő korlát azonban a különböző bioanyagok reprodukálásának képtelensége, valamint a bioanyagok és a mikrokapszula-rendszer kémiájának és biofunkcionalitásának jobb megértéséhez szükséges követelmények. Számos tanulmány kimutatta, hogy ezeknek a mikrorészecskéket tartalmazó sejtek felületének módosítása lehetővé teszi a kapszulázott sejtek növekedésének és sejtdifferenciálódásának szabályozását. Egy tanulmány a zéta-potenciál használatát javasolta, amely a mikrokapszula elektromos töltését méri, a mikrokapszula és a környező szövet közötti határfelületi kölcsönhatás, valamint a szállítórendszer biokompatibilitásának előrejelzésére.