カプセル化細胞
いくつかの研究グループにより、細胞のマイクロカプセル化に最適な生体材料を開発することを目的として、いくつかの天然および合成の高分子が幅広く研究されてきた。アルギン酸は、豊富に入手可能、優れた生体適合性、および生物分解性により、細胞のマイクロカプセル化に最も適した生体材料と見なされ、広範な研究がなされている。アルギン酸は、海藻および細菌から抽出することができる天然ポリマーである。分離する元の素材に応じてさまざまな組成をもつ。
アルギン酸も、いくつかの欠点があると指摘されている。高M含量のアルギン酸は炎症反応を引き起こし、異常な細胞増殖を引き起こすと指摘されている。超高純度のアルギン酸でさえ、エンドトキシンや、細胞のマイクロカプセルの生体適合性を損なう可能性のあるポリフェノールを含有している可能性がある。臨床用途に使用するためには、アルギン酸から不要な物質を除去できる、効果的な精製プロセスの設計が不可欠である。
アルギン酸の修飾と機能化
アルギン酸を修飾した、マイクロカプセルの開発もされている。膜の生体材料の生体適合性を高めるために、封入された細胞の、増殖や分化の程度を制御するペプチドおよびタンパク質分子を用い、カプセルの表面を修飾することが研究されている。
硫酸セルロースは綿から調整され、生体適合性の素材として使用することができる。ゲル化させ、細胞を懸濁させると、細胞の周囲に半透膜を形成できる。哺乳類の細胞株および細菌のいずれに使用しても細胞は生き残り、カプセル内で増殖を続ける。他のカプセル化材料とは対照的に、このカプセルでは、細胞を成長させることができるため、ミニバイオリアクターのように機能する。材料の生体適合性は、細胞充填カプセルの移植や、カプセル自体を用いた研究での観察によって実証されている。硫酸セルロースから形成されたカプセルは、主として抗癌治療として、また遺伝子療法や抗体療法としての使用も検討され、ヒトおよび動物の、臨床および前臨床試験において、安全性および有効性を示している。硫酸セルロースを使用したカプセル化細胞を大量生産し、Good Manufacturing Process(cGMP)の基準を満たした医薬品が、2007年にオーストリアの企業によって商業化された。
マイクロカプセルは、栄養素および廃棄物の交換などにおける、物理的な、浸透圧のストレスに耐えるのに十分な膜強度(機械的安定性)を有することが必須である。カプセル封入された細胞の免疫拒絶につながる可能性があるため、移植時に破裂してはならないため、マイクロカプセルは十分に強くなければならない。例えば、異種移植の場合、同種移植と比較してより厳密でより安定した膜が必要とされるであろう。また、胆汁酸加水分解酵素(BSH)を過剰産生する活性ラクトバチルスプランタラム80細胞を包んだAPAマイクロカプセルを経口投与するための試験として、模擬的に胃腸管のモデルを使用し調べ、マイクロカプセルの機械的な強度や形状の変化を評価した。 APAマイクロカプセルは、生きた細菌の経口投与に使える可能性が高いことが示された。血清コレステロールを低下させるために、経口投与する細菌充填カプセルの実験もされている。カプセルは、ヒトの胃腸管を模した管を通して、カプセルが体内でうまく生き残るかが調べられた。このように、細胞のマイクロカプセル化の機械的な特性に関しては、幅広い研究が必要である。マイクロカプセルの耐久性は、特に長時間にわたる治療剤の持続放出が必要な、生体内への適用のために必要である。