細胞カプセル化

細胞カプセル化は、組織工学の応用における移植片拒絶に対する可能な解決策です。細胞マイクロカプセル化技術は、ポリマー半透膜内に細胞を固定化します。これにより、細胞代謝に不可欠な酸素、栄養素、成長因子などの分子の流入や、老廃物や治療用タンパク質の外向き拡散など、分子の双方向拡散が可能になります。同時に、膜の半透性により、免疫細胞や抗体がカプセル化された細胞を外来侵入物と見なして破壊するのを防ぎます。

細胞のカプセル化により、臓器移植後の副作用を抑えるために 免疫抑制剤を長期使用する必要性が軽減される可能性がある。

1933年、ヴィンチェンツォ・ビシェリエは細胞をポリマー膜で包む最初の試みを行いました。彼は、豚の腹腔内に移植されたポリマー構造内の腫瘍細胞が、免疫系によって拒絶されることなく長期間生存し続けることを実証しました。^[1]

30年後の1964年、細胞を超薄ポリマー膜マイクロカプセル内に封入して細胞に免疫保護を与えるというアイデアが、トーマス・チャンによって提案され、バイオカプセル化の概念を定義するために「人工細胞」という用語を導入しました。^[2]彼は、滴下法で製造されたこれらの人工細胞は、カプセル化された細胞を免疫拒絶から保護するだけでなく、高い表面積対体積比を提供し、酸素と栄養素の良好な物質移動を可能にすると示唆しました。^{[2] 20年後、このアプローチは、異種移植}膵島細胞を固定するアルギン酸-ポリリジン-アルギン酸（APA）マイクロカプセルが開発され 、小動物モデルで実践されました。 ^{[3]この研究では、これらのマイクロカプセル化された膵島を}糖尿病のラットに移植すると、細胞は数週間にわたって生存し、血糖値を制御できることが実証されました。カプセル化された細胞を利用したヒト臨床試験は1998年に実施されました。 ^{[4] [5] [6]}抗腫瘍プロドラッグを局所的に活性化するシトクロムP450酵素を発現するカプセル化された細胞は、進行した切除不能な膵臓癌の臨床試験で使用されました。従来の対照群と比較して生存期間が約2倍になることが実証されました。

治療薬をその部位に注入するだけで済むのに、なぜ細胞をカプセル化する技術が必要なのかという疑問が生じるかもしれない。その重要な理由は、カプセル化された細胞が、移植部位で治療薬をより長期間にわたって持続的に放出する源となるためである。細胞マイクロカプセル化技術のもう 1 つの利点は、ドナー細胞の入手が限られている場合に、非ヒト細胞や遺伝子組み換え細胞をポリマー マトリックスに充填できることである。^[7]マイクロカプセル化は、さまざまな組織タイプや臓器に埋め込むことができるため、治療薬を局所的、局所的、経口的に送達するための貴重な技術である。治療部位への薬剤の長期送達には、薬剤を充填したこれらの人工細胞を移植する方が、直接薬剤を送達するよりも費用対効果が高い。さらに、白血球抗原に関係なく、複数の患者に同様の化学組成の人工細胞を移植できる可能性もあるため、コスト削減も可能になる。^[7]

細胞マイクロカプセル化を臨床応用で成功させる可能性は、開発プロセス中に遭遇するいくつかの要件が最適化された場合にのみ実現できます。これには、機械的および化学的に安定した半透性マトリックスを形成するための適切な生体適合性ポリマーの使用、均一なサイズのマイクロカプセルの製造、カプセルを安定化するためにカプセル化ポリマーに架橋された適切な免疫適合性ポリカチオンの使用、状況に応じた適切な細胞タイプの選択などが含まれます。

用途に応じて最適な生体材料を使用することは、薬物送達システムと組織工学の開発において非常に重要です。ポリマーアルギン酸塩は、早期に発見され、入手しやすく、低コストであるため、非常に一般的に使用されていますが、硫酸セルロース、コラーゲン、キトサン、ゼラチン、アガロースなどの他の材料も使用されています。

いくつかのグループが、細胞マイクロカプセル化に最適な生体材料の開発を目標に、いくつかの天然および合成ポリマーを広範囲に研究してきました。^{[8] [9]アルギン酸は、その豊富さ、優れた生体適合性、}生分解性により、細胞マイクロカプセル化に最適な生体材料と見なされており、その使用に関する 広範な研究が行われてきました。アルギン酸は、海藻や細菌から抽出できる天然ポリマーであり^、[10]単離源に基づいてさまざまな組成があります。^[10]

アルギン酸塩は、あらゆる批判から逃れられるわけではない。高M含有量のアルギン酸塩は炎症反応^{[11] [12]}や異常な細胞増殖^{[13]を引き起こす可能性があると考える研究者もいる一方で、高G含有量の}アルギン酸塩は、中G含有量のアルギン酸塩と比較して、さらに高い細胞過剰増殖^{[14] [15]}や炎症反応を生体内で引き起こすことを実証した研究者もいる。 ^{[16] [17]超純粋なアルギン酸塩でさえ、}エンドトキシンやポリフェノール を含んでいる可能性があり、結果として得られる細胞マイクロカプセルの生体適合性を損なう可能性がある。^{[15] [18] [19]}精製プロセスによって、処理されたアルギン酸塩中のエンドトキシンやポリフェノールの含有量をうまく低減できたとしても、タンパク質含有量を低減することは困難であり^[18]、精製プロセスによって生体材料の特性が変化する可能性があることがわかっている。^[19]したがって、アルギン酸を臨床応用にうまく使用するには、アルギン酸からすべての汚染物質を除去するための効果的な精製プロセスを設計することが不可欠です。

研究者らは、生体適合性が向上し、浸透圧膨張に対する耐性が高まったアルギン酸の改変型を使用したアルギン酸マイクロカプセルの開発にも成功している。^{[20] [21]膜バイオマテリアルの生体適合性を高めるもう1つのアプローチは、}ペプチドおよびタンパク質分子を 使用してカプセルの表面を修飾し、カプセル化された細胞の増殖と分化速度を制御することである。アミノ酸配列Arg-Gly-Asp（RGD）をアルギン酸ハイドロゲルに結合することに重点的に取り組んでいるあるグループは、アルギン酸ゲルに結合されたRGD密度によって細胞の挙動を制御できることを実証した。筋芽細胞を充填し、RGDで機能化したアルギン酸マイクロ粒子により、充填された細胞の成長と分化を制御できた。^{[22] [23]} 臨床用途での細胞マイクロカプセルの使用を制御するもう1つの重要な要素は、適切な免疫適合性ポリカチオンの開発であり、これにより、そうでなければ非常に多孔質のアルギン酸ビーズをコーティングし、システムに安定性と免疫保護を付与する。^[24] ポリ-L-リジンは最も一般的に使用されるポリカチオンですが、その低い生体適合性は、炎症細胞を引き寄せ、その結果、負荷された細胞の壊死を誘発するこれらのPLL処方マイクロカプセルの臨床使用の成功を制限します。^[25]研究では、アルギン酸-PLL-アルギン酸（APA）マイクロカプセルは機械的安定性が低く、耐久性が短いことも示されています。そのため、いくつかの研究グループはPLLの代替品を探しており、細胞カプセル化のために高く制御された機械的強度を持つ耐久性のあるマイクロカプセルを製造することで、ポリ-L-オルニチン^[26]とポリ（メチレン-コ-グアニジン）塩酸塩^[27]で有望な結果を実証しています。

いくつかのグループでは、細胞送達用途のアルギン酸キトサン（AC）マイクロカプセルを製造するために、PLLの潜在的な代替品として天然由来のポリカチオンであるキトサンの使用も研究してきました。 ^{[28] [29]}しかし、研究ではこのAC膜の安定性にも限界があることも示されており^{[30] [31]}、あるグループは、このアルギン酸キトサンマイクロカプセルをクチナシの果実から得られる天然のイリドイドグルコシドであるゲニピンで修飾して、ゲニピン架橋アルギン酸キトサン（GCAC）マイクロカプセルを形成すると、細胞を充填したマイクロカプセルの安定性を増強できることを実証しました。^[30]

ECM の主要タンパク質成分であるコラーゲンは、皮膚、軟骨、骨、血管、靭帯などの組織を支え、生体適合性、生分解性、細胞結合を促進する能力などの特性から、組織工学のモデル足場またはマトリックスと考えられています。^[32]この能力により、キトサンはポリマーシステム内の細胞の分布を制御できます。したがって、動物組織から得られる I 型コラーゲンは、現在、さまざまな用途の組織工学生体材料として商業的に使用されています。^{[33]コラーゲンは、神経修復[34]}や膀胱工学にも使用されています。 ^[27] 免疫原性により、コラーゲンの用途は制限されています。そのため、ゼラチンが代替品として検討されてきました。^[35]

ゼラチンはコラーゲンの変性から作られ、生分解性、生体適合性、生理的環境での非免疫原性、容易な加工性など多くの望ましい特性があるため、このポリマーは組織工学用途に適しています。 ^[36]皮膚、骨、軟骨の組織工学に使用され、皮膚の代替品として商業的に使用されています。^[37]

キトサンは、ランダムに分布したβ-(1-4)結合D-グルコサミン（脱アセチル化単位）とN-アセチル-D-グルコサミン（アセチル化単位）からなる多糖類です。キチンのN-脱アセチル化によって生成され、薬物送達、^[38]、空間充填インプラント^[39]、創傷被覆材^[40]などのさまざまな用途に使用されています。しかし、このポリマーの欠点の1つは機械的性質が弱いことです。そのため、細胞カプセル化用途では、コラーゲンなどの他のポリマーと組み合わせて、より強力な機械的性質を持つポリマーを形成することがよくあります。^[41]

アガロースは海藻由来の多糖類で 、細胞のナノカプセル化に使用され、細胞/アガロース懸濁液^[42]は 調製中に温度を下げることでマイクロビーズを形成するように改変することができる。^{[43]しかし、このようにして得られたマイクロビーズの欠点の1つは、カプセル形成後に細胞が}ポリマーマトリックス壁を突き抜ける可能性があることである。

セルロース硫酸塩は綿から得られ、適切に処理されると、細胞を浮遊させる生体適合性ベースとして使用できます。ポリアニオン性セルロース硫酸塩溶液を第 2 のポリカチオン性溶液 (例: pDADMAC) に浸すと、2 つのポリイオン間のゲル化の結果として、浮遊細胞の周囲に半透膜が形成されます。哺乳類細胞株と細菌細胞は両方とも生存可能であり、カプセル膜内で複製を続け、カプセルを満たします。そのため、他のカプセル化材料とは異なり、カプセルを使用して細胞を増殖させ、ミニバイオリアクターのように機能させることができます。材料の生体適合性は、細胞充填カプセル自体を移植に使用したり、カプセル材料を分離したりした研究中の観察によって実証されています。^[44]セルロース硫酸塩から作られたカプセルは、主に抗癌治療薬として、また遺伝子治療や抗体療法への可能性も模索しながら、ヒトと動物の両方で臨床試験と前臨床試験で安全性と有効性を示しながら効果的に使用されてきた。^{[4] [45] [46] [47] [48]}セルロース硫酸塩を使用することで、カプセル化された細胞を医薬品として大規模に製造し、適正製造基準（cGMP）を満たすことが可能になった。これは2007年にオーストリアノバ社によって達成された。^[49]

生体適合性の本質的な特性を備えた理想的な高品質の生体材料の使用は、この技術の長期的な効率を左右する最も重要な要素です。細胞カプセル化に理想的な生体材料は、完全に生体適合性があり、宿主の免疫反応を誘発せず、高い細胞生存率を確保するために細胞の恒常性を妨げないものでなければなりません。 ^{[50]しかし、大きな制限の1つは、さまざまな生体材料を再現できないことと、生体材料と}マイクロカプセル化システムの化学的性質と生体機能性をよりよく理解する必要があることです。^[42]いくつかの研究では、これらの細胞を含む微粒子の表面改質により、カプセル化された細胞の 成長と細胞分化を制御できることが実証されています。 ^{[42] [51] [52]}

ある研究では、マイクロカプセルと周囲の組織との界面反応、ひいては送達システムの生体適合性を予測する手段として、マイクロカプセルの電荷を測定するゼータ電位の使用を提案した。 ^[53]

半透膜を備えたデバイスを開発する際に確立しなければならない基本的な基準は、分子の出入りに関してデバイスの透過性を調整することです。^{[54] [55]細胞マイクロカプセルは均一な厚さで設計され、細胞の生存に必要な分子がカプセルに入る速度と、}治療薬と廃棄物がカプセル膜から出る速度の両方を制御できる必要があります。充填された細胞の免疫保護は、カプセル化膜の透過性に取り組む際に念頭に置く必要がある重要な問題です。なぜなら、免疫細胞だけでなく抗体やサイトカインもマイクロカプセルに入るのを防ぐ必要があるためです。これは実際には生体膜の孔サイズに依存します。^[55]

異なる細胞タイプは異なる代謝要件を持っているため、膜にカプセル化された細胞タイプに応じて膜の透過性を最適化する必要があることが示されている。^[56]いくつかのグループが細胞マイクロカプセルの膜透過性の研究に専念しており^{[51] [52] [57]}、酸素などの特定の必須元素の透過性の役割は実証されているが^[58]、各細胞タイプの透過性要件はまだ決定されていない。

クエン酸ナトリウムは、細胞をカプセル化した後のアルギン酸ビーズの分解に使用されます。^[59]細胞の生存率を決定するため、またはさらなる実験のためです。約25mMの濃度を使用してアルギン酸球を溶解し、溶液を遠心分離機で遠心分離してクエン酸ナトリウムを除去し、細胞を収集します。

栄養素や老廃物の交換中などの物理的ストレスや浸透圧ストレスに耐えるために、マイクロカプセルには十分な膜強度（機械的安定性）があることが不可欠です。マイクロカプセルは十分に強くなければならず、移植時に破裂してはなりません。破裂すると、カプセル化された細胞の免疫拒絶につながる可能性があります。 ^{[55]たとえば、}異種移植の場合、同種移植と比較して、よりタイトで安定した膜が必要になります。また、経口送達用途の模擬胃腸管モデルで、胆汁酸塩加水分解酵素（BSH）過剰産生活性ラクトバチルスプランタラム 80 細胞を搭載した APAマイクロカプセルを使用する可能性を調査しているときに、マイクロカプセルの機械的完全性と形状を評価しました。APA マイクロカプセルは、生きた細菌細胞の経口送達に使用できる可能性があることが示されました。^[60]しかし、さらなる研究により、経口投与用途では、GCACマイクロカプセルはAPAマイクロカプセルと比較して機械的安定性が高いことが証明されました。^[61] Martoniらは、血清コレステロールを減らすために経口摂取される細菌充填カプセルの実験をしていました。カプセルは、カプセルが体内でどれだけよく生存するかを調べるために、ヒトの消化管をシミュレートした一連の容器に送り込まれました。細胞マイクロカプセル化に使用される生体材料の機械的特性に関する広範な研究は、製造中のマイクロカプセルの耐久性、特に治療薬を長期間にわたって持続的に放出することが求められる生体内用途を判断するために必要です。 van der Wijngaartら^[57]は、機械的強度を高めるために、細胞の周りに固体だが透過性のあるシェルを移植しました。

クエン酸ナトリウムは、細胞をカプセル化した後のアルギン酸ビーズの分解に使用されます。^[59]細胞の生存率を決定するため、またはさらなる実験のためです。約25mMの濃度を使用してアルギン酸球を溶解し、溶液を遠心分離機で遠心分離してクエン酸ナトリウムを除去し、細胞を収集します。

• レオメーター[ ^62]は、
  • せん断速度
  • せん断強度
  • 一貫性係数
  • フロー挙動指数
• 粘度計- せん断強度試験

液滴ベースのマイクロ流体技術は、再現性のあるサイズの微粒子を生成するために使用することができる。^[57]

• アルギン酸溶液の操作によりマイクロカプセルを作成

エレクトロスプレー法は、アルギン酸溶液を針に注入してアルギン酸球を作るのに用いられる。針に取り付けられたクランプによって通常供給される高電圧源は、電位を発生させるために使用される。アルギン酸は針の先端からアースを含む溶液に落ちる。生成されたカプセルは、架橋溶液として塩化カルシウムに落ち、約30分後に硬化する。ビーズは、電荷と表面張力によって針から形成される。^[62]

• ビーズのサイズ依存性
  • 針から塩化カルシウム溶液までの装置の高さの変更
  • 針のクランプの電圧変化
  • アルギン酸濃度の変化

マイクロカプセルの直径は、細胞マイクロカプセルに対する免疫反応とカプセル膜を介した物質輸送の両方に影響を与える重要な要素です。研究によると、小さなカプセルに対する細胞反応は大きなカプセルに比べてはるかに小さいことが示されています^[63]。また、一般的に細胞を封入したマイクロカプセルの直径は、半透膜を介した効果的な拡散を可能にするために、350〜450μmである必要があります。^{[64] [65]}

この技術に選択される細胞の種類は、細胞マイクロカプセルの望ましい用途によって決まる。カプセルに入れられる細胞は、患者由来のもの（自己細胞）、別のドナー由来のもの（同種細胞）、または他の種由来のもの（異種細胞）である。^[66]マイクロカプセル化療法における自己細胞の使用は、これらの細胞の入手可能性によって制限され、異種細胞は容易に入手可能であるとしても、患者へのウイルス、特に豚の内因性レトロウイルスの感染の危険性により臨床応用が制限され、^[67]多くの議論の末、いくつかのグループは、研究では異種細胞ではなく同種細胞を使用すべきであると結論付けた。^[68]用途によっては、細胞を遺伝子操作して必要なタンパク質を発現させることができる。^[69]ただし、これらの種類の細胞を使用する前に、発現した遺伝子の安全性と安定性を検証するための十分な研究を実施する必要がある。

この技術は、カプセルに詰め込まれた細胞の免疫原性が高いため、臨床試験の承認を受けていません。細胞はサイトカインを分泌し、カプセルの周囲の移植部位で重度の炎症反応を引き起こし、その結果、カプセル化された細胞の生存率が低下します。 ^{[15] [70]}研究されている有望なアプローチの1つは、細胞を詰めたマイクロカプセルの投与によって生じる免疫反応を軽減するために抗炎症薬を投与することです。^{[71] [72]}現在、広範な研究の焦点となっている別のアプローチは、移植後の患者の免疫反応を軽減することを期待して、長期の細胞マイクロカプセル化および細胞療法の用途に間葉系幹細胞などの幹細胞を使用することです。 ^[73]マイクロカプセル化された細胞の長期生存性を損なう別の問題は、最終的にシステム全体を埋め尽くし、カプセルの半透膜を横切る拡散効率の低下につながる、増殖の速い細胞株の使用です。 ^[69]この問題を解決するには、マイクロカプセル化手順後に増殖しない 筋芽細胞などの細胞タイプを使用することが考えられます。

プロバイオティクスは、その重要な健康効果のため、アイスクリーム、粉ミルク、ヨーグルト、冷凍乳製品デザート、チーズなど、数多くの乳製品でますます使用されています。しかし、食品中のプロバイオティクス菌の生存率が低いことが依然として大きな障害となっています。pH、溶存酸素含有量、滴定酸度、保管温度、関連する発酵乳製品微生物の種類と株、乳酸と酢酸の濃度は、製品中のプロバイオティクスの生存率に大きく影響する要因の一部です。^{[74] [75] [76]}国連食糧農業機関（FAO）と世界保健機関（WHO）によって設定された基準によると、プロバイオティクスを添加した健康食品とみなされるための基準は、製品が1グラムあたり少なくとも10 ⁶ -10 ⁷ cfuの生存可能なプロバイオティクス菌を含んでいなければならないというものです。^[77]製造された製品の中で細菌細胞が安定して健全な状態を保ち、上部消化管を通過する際に十分に生存し、宿主の腸に到達したときに良い効果を発揮できることが必要である。^[78]

細胞マイクロカプセル化技術は、乳製品の加工中に細菌の生存率を高め、消化管に標的を絞って送達するために、生きたプロバイオティクス細菌細胞をカプセル化するために食品業界でうまく適用されています。^[79]

乳製品以外にも、マイクロカプセル化されたプロバイオティクスは、甘味料であるTheresweetTMなどの非乳製品にも使用されています。それ自体は乳製品ではありませんが、 カプセル化された乳酸菌を腸に届けるための便利な媒体として使用できます。

半透膜内に膵島細胞を封入したバイオ人工膵臓を糖尿病の治療に利用する可能性が、科学者らによって広く研究されている。これらの装置は、臓器提供者の不足という問題を最終的に解決するだけでなく、免疫抑制剤の必要性をなくす可能性がある。マイクロカプセル化の使用は、膵島細胞を免疫拒絶から保護するとともに、動物細胞または遺伝子組み換えインスリン産生細胞の使用を可能にする。^[80]これらの膵島封入マイクロカプセルの開発により、1型糖尿病患者が1日に数回必要とするインスリン注射の必要性を回避できることが期待されている。^[66]エドモントン・プロトコルは、死体提供者から抽出したヒト膵島を移植するものであり、低血糖無自覚症を起こしやすい1型糖尿病患者の治療の改善を示している。^[81]しかし、この技術が直面する2つの大きなハードルは、ドナー臓器の入手が限られていることと、患者の体内での免疫反応を防ぐための 免疫補助剤が必要であることです。

ランゲルハンス島をポリマーカプセル内に固定するバイオ人工膵臓の開発に向けた研究がいくつか行われてきました。この目的に向けた最初の試みは、1980年にリムらによって実証されました。この研究では、異種移植膵島細胞がアルギン酸ポリリジンマイクロカプセル内にカプセル化され、数週間にわたって生体内で顕著な結果を示しました。^[3]これらのカプセル化された細胞の移植により、免疫抑制剤の使用を克服し、異種移植細胞の使用も可能になり、ドナー不足の問題が解消されると予想されています。

膵島のマイクロカプセル化に使用されるポリマーは、アルギン酸、^[82]キトサン、^[83] ポリエチレングリコール(PEG)、^[84]アガロース、^[85]セルロース硫酸ナトリウム、および水不溶性ポリアクリレートであり、アルギン酸とPEGが一般的に使用されるポリマーです。この技術を使用して実施されたin vitro研究が成功したため、マイクロカプセル化されたヒト膵島を使用した臨床試験で重要な作業が行われています。2003年、膵島細胞を含むアルギン酸/ PLOマイクロカプセルの使用が、イタリア保健省によってペルージャ大学でパイロットフェーズ1臨床試験に許可されました。^[54]別の研究では、PEG化と低用量の免疫抑制剤シクロスポリンAの臨床応用の可能性が評価されました。2005年にノボセル社によって開始されたこの試験は、現在、皮下への膵島同種移植を含む臨床試験のフェーズI/IIを形成しています。 [ ^86]しかし、リビングセルテクノロジーズ社が免疫抑制剤を使用せずに移植された機能的な異種細胞が9.5年間生存することを実証した、人間の臨床試験に関する物議を醸す研究がありました。 ^[87]しかし、この試験は国際異種移植協会から危険で時期尚早であると厳しい批判を受けました。^[88] しかし、臨床試験が進行中であるにもかかわらず、生体適合性や免疫保護などのいくつかの大きな問題を克服する必要があります。^[89]

単離した膵島（同種または異種由来）をカプセル化する代替案も検討されている。オーストリアノバ・シンガポールのセルロース硫酸ナトリウム技術を使用して膵島細胞株をカプセル化し、細胞が生存し続け、ブドウ糖に反応してインスリンを放出することが実証された。^[90]前臨床研究では、移植されたカプセル化細胞は、6か月にわたって糖尿病ラットの血糖値を回復させることができた。^[91]

細胞を封入したマイクロカプセルを数種類のがんの治療に用いることは、大きな可能性を示している。研究者らが行っているアプローチの1つは、遺伝子組み換えサイトカイン分泌細胞を封入したマイクロカプセルの移植である。この例は、Cironeらによって実証された。遺伝子組み換えIL-2サイトカイン分泌非自己マウス筋芽細胞をマウスに移植したところ、腫瘍の成長が遅れ、動物の生存率が向上した。^[92]しかし、この治療の効果は、移植したマイクロカプセルに対する免疫反応のため、短期間で終わった。がん抑制のもう1つのアプローチは、腫瘍の拡散につながる成長因子の放出を防ぐため、血管新生阻害剤を使用するものである。腫瘍細胞でアポトーシスを引き起こす抗血管新生薬であるエンドスタチンを分泌するように遺伝子組み換えされた異種細胞を充填したマイクロカプセルの移植の効果は、広範に研究されている。^{[93] [94]}しかし、このマイクロカプセルの局所送達法は、腫瘍が多い患者や転移症例の治療には適しておらず、最近ではカプセルの全身移植に関する研究が行われています。^{[95] [96]}

1998年、固形腫瘍の治療のために、遺伝子組み換えシトクロムP450を発現するネコ上皮細胞をセルロース硫酸ポリマーに封入したマウス膵臓癌モデルを用いた移植の効果を研究した。 ^{[97]このアプローチは、化学療法剤を活性化するために}酵素発現細胞を応用することを初めて実証した。これらの結果に基づいて、カプセル化された細胞療法製品であるNovaCapsが、膵臓癌患者の治療を目的とした第I相および第II相臨床試験でテストされ^{[98] [99]}、最近、欧州医薬品庁（EMEA）によって欧州の希少疾病用医薬品に指定された。同じ製品を使用したさらなる第I/II相臨床試験では、最初の試験の結果が確認され、ステージIVの膵臓癌患者の生存期間が約2倍になることが実証された。^[100]セルロース硫酸塩を使用したこれらの試験のすべてにおいて、明らかな抗腫瘍効果に加えて、カプセルは忍容性が高く、カプセルに対する免疫反応などの副作用は見られず、セルロース硫酸塩カプセルの生体適合性が実証されました。ある患者では、カプセルは副作用なくほぼ2年間留置されていました。

これらの研究は、細胞マイクロカプセルが癌の治療に有望な応用可能性を持っていることを示しています。^[42]しかし、カプセル移植部位の周囲組織の炎症につながる免疫反応などの問題に対する解決策は、より多くの臨床試験が可能になる前に詳細に研究される必要があります。

虚血性心疾患患者の心臓組織再生を可能にする効果的な方法の開発に向けて、数多くの研究が行われてきました。虚血性組織修復に関連する問題に対する新たな解決策として、幹細胞療法が挙げられます。^[101]しかし、この幹細胞療法が心臓機能に再生効果をもたらす実際のメカニズムは、まだ調査中です。細胞投与には数多くの方法が研究されてきましたが、移植後に鼓動する心臓に保持される細胞数の効率は、依然として非常に低いままです。この問題を克服する有望な方法は、細胞マイクロカプセル化療法を使用することです。この治療法は、自由幹細胞を心臓に注入する場合と比較して、より高い細胞保持率を可能にすることが示されています。^[102]

細胞ベースのカプセル化技術の心臓再生への応用に対する影響を改善するためのもう一つの戦略は、血管新生を刺激し、損傷した虚血心臓の灌流を回復させる血管内皮増殖因子（VEGF）などの血管新生因子を分泌できる遺伝子組み換え幹細胞を使用することです。 ^{[103] [104]}この例は、VEGFを発現する遺伝子組み換え異種CHO細胞をアルギン酸-ポリリジン-アルギン酸マイクロカプセルにカプセル化し、ラットの心筋に移植したZangらによる研究に示されています。^[105]カプセル化により、細胞が3週間免疫応答から保護され、血管新生の増加により 心筋梗塞後の心臓組織の改善ももたらされることが観察されました。

モノクローナル抗体の治療への利用は、現在、がんや炎症性疾患の治療に広く普及しています。科学者は硫酸セルロース技術を使用して、抗体産生ハイブリドーマ細胞をカプセル化することに成功し、その後カプセルから治療用抗体が放出されることを実証しました。^{[45] [46]}ハイブリドーマ細胞を含むカプセルは、マウスレトロウイルスFrCasEに対する中和抗体を送達するために前臨床研究で使用され、病気の予防に成功しました。

カプセル化療法は、他の多くの病状、特に生物由来のタンパク質の欠乏を伴う病状を対象としている。最も成功した方法の1つは、血液注入チューブの半透性部分を囲むブタ肝細胞のリザーバーを備えた、透析装置に似た機能を持つ外部装置である。 ^{[106]この装置は、重度の}肝不全 患者の血液から毒素を除去することができる。まだ開発中の他の用途には、筋萎縮性側索硬化症やハンチントン病の治療のための繊毛由来神経栄養因子、パーキンソン病のためのグリア由来神経栄養因子、貧血のためのエリスロポエチン、小人症のためのHGHを産生する細胞がある。^[107]さらに、血友病、ゴーシェ病、一部のムコ多糖体疾患などの単一遺伝子疾患も、患者に欠けているタンパク質を発現するカプセル化細胞の対象となる可能性がある。