La tecnología de microencapsulación celular implica la inmovilización de las células dentro de una membrana polimérica semipermeable que permite la difusión bidireccional de moléculas como la entrada de oxígeno, nutrientes, factores de crecimiento, etc., esenciales para el metabolismo celular y la difusión hacia el exterior de productos de desecho y proteínas terapéuticas . Al mismo tiempo, la naturaleza semipermeable de la membrana evita que las células inmunes y los anticuerpos destruyan las células encapsuladas considerándolas invasoras extrañas.
El motivo principal de la tecnología de encapsulación celular es superar el problema existente del rechazo de injertos en aplicaciones de ingeniería de tejidos y así reducir la necesidad del uso a largo plazo de fármacos inmunosupresores después de un trasplante de órganos para controlar los efectos secundarios.
Historia
En 1933 Vincenzo Bisceglie hizo el primer intento de encapsular células en membranas poliméricas. Demostró que las células tumorales en una estructura de polímero trasplantada a la cavidad abdominal de un cerdo permanecían viables durante un largo período sin ser rechazadas por el sistema inmunológico . [1]
Treinta años después, en 1964, Thomas Chang propuso la idea de encapsular células dentro de microcápsulas de membrana de polímero ultradelgadas para proporcionar inmunoprotección a las células, quien introdujo el término " células artificiales " para definir este concepto de bioencapsulación. [2] Sugirió que estas células artificiales producidas por un método de gota no solo protegían a las células encapsuladas del inmunorechazo, sino que también proporcionaban una alta relación superficie-volumen que permitía una buena transferencia de masa de oxígeno y nutrientes. [2] Veinte años más tarde, este enfoque se puso en práctica con éxito en modelos de animales pequeños cuando se desarrollaron microcápsulas de alginato-polilisina-alginato (APA) que inmovilizan células de islotes de xenoinjerto . [3] El estudio demostró que cuando estos islotes microencapsulados se implantaron en ratas diabéticas , las células permanecieron viables y controlaron los niveles de glucosa durante varias semanas. En 1998 se realizaron ensayos en humanos utilizando células encapsuladas. [4] [5] [6] Las células encapsuladas que expresan una enzima citocromo P450 para activar localmente un profármaco antitumoral se utilizaron en un ensayo para el cáncer de páncreas avanzado no resecable. Se demostró aproximadamente una duplicación del tiempo de supervivencia en comparación con los controles históricos.
La microencapsulación celular como herramienta para la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa
Podrían surgir preguntas sobre por qué la técnica de encapsulación de células es incluso necesaria cuando los productos terapéuticos podrían simplemente inyectarse en el sitio. Una razón importante para esto es que las células encapsuladas proporcionarían una fuente de liberación continua sostenida de productos terapéuticos durante períodos más prolongados en el sitio de implantación. Otra ventaja de la tecnología de microencapsulación celular es que permite la carga de células no humanas y genéticamente modificadas en la matriz polimérica cuando la disponibilidad de células donantes es limitada. [7] La microencapsulación es una técnica valiosa para la administración local, regional y oral de productos terapéuticos, ya que puede implantarse en numerosos tipos de tejidos y órganos. Para la administración prolongada del fármaco al sitio de tratamiento, la implantación de estas células artificiales cargadas con el fármaco sería más rentable en comparación con la administración directa del fármaco. Además, la perspectiva de implantar células artificiales con una composición química similar en varios pacientes, independientemente de su antígeno leucocitario, podría permitir nuevamente una reducción de costes. [7]
Parámetros clave de la tecnología de microencapsulación celular
El potencial de usar microencapsulación celular en aplicaciones clínicas exitosas se puede realizar solo si se optimizan varios requisitos encontrados durante el proceso de desarrollo, como el uso de un polímero biocompatible apropiado para formar la matriz semipermeable mecánica y químicamente estable, producción de microcápsulas de tamaño uniforme , uso de un policationes inmunocompatible apropiado reticulado al polímero de encapsulación para estabilizar las cápsulas, selección de un tipo de célula adecuado dependiendo de la situación.
Biomateriales
El uso del mejor biomaterial dependiendo de la aplicación es crucial en el desarrollo de sistemas de administración de fármacos e ingeniería de tejidos. El polímero de alginato se usa muy comúnmente debido a su descubrimiento temprano, fácil disponibilidad y bajo costo, pero también se han empleado otros materiales como sulfato de celulosa, colágeno , quitosano , gelatina y agarosa .
Alginato
Varios grupos han estudiado extensamente varios polímeros naturales y sintéticos con el objetivo de desarrollar el biomaterial más adecuado para la microencapsulación celular. [8] [9] Se ha realizado un extenso trabajo utilizando alginatos que se consideran los biomateriales más adecuados para la microencapsulación celular debido a su abundancia, excelente biocompatibilidad y propiedades de biodegradabilidad . El alginato es un polímero natural que se puede extraer de algas y bacterias [10] con numerosas composiciones basadas en la fuente de aislamiento. [10]
El alginato no está exento de todas las críticas. Algunos investigadores creen que los alginatos con alto contenido de M podrían producir una respuesta inflamatoria [11] [12] y un crecimiento celular anormal [13], mientras que algunos han demostrado que el alginato con alto contenido de G conduce a un crecimiento excesivo de células aún mayor [14] [15] y reacción inflamatoria in vivo en comparación con los alginatos G intermedios. [16] [17] Incluso los alginatos ultrapuros pueden contener endotoxinas y polifenoles que podrían comprometer la biocompatibilidad de las microcápsulas celulares resultantes. [15] [18] [19] Se ha demostrado que aunque los procesos de purificación reducen con éxito el contenido de endotoxinas y polifenoles en el alginato procesado, es difícil reducir el contenido de proteínas [18] y los procesos de purificación podrían, a su vez, modificar las propiedades del biomaterial. [19] Por lo tanto, es esencial que se diseñe un proceso de purificación eficaz para eliminar todos los contaminantes del alginato antes de que pueda utilizarse con éxito en aplicaciones clínicas.
Modificación y funcionalización del alginato
Los investigadores también han podido desarrollar microcápsulas de alginato con una forma alterada de alginato con mayor biocompatibilidad y mayor resistencia a la hinchazón osmótica. [20] [21] Otro enfoque para aumentar la biocompatibilidad del biomaterial de membrana es mediante la modificación de la superficie de las cápsulas utilizando moléculas de péptidos y proteínas que, a su vez, controlan la proliferación y la velocidad de diferenciación de las células encapsuladas. Un grupo que ha estado trabajando extensamente en el acoplamiento de la secuencia de aminoácidos Arg-Gly-Asp (RGD) a hidrogeles de alginato demostró que el comportamiento celular puede controlarse mediante la densidad de RGD acoplada en los geles de alginato. Las micropartículas de alginato cargadas con células de mioblastos y funcionalizadas con RGD permitieron controlar el crecimiento y la diferenciación de las células cargadas. [22] [23] Otro factor vital que controla el uso de microcápsulas de células en aplicaciones clínicas es el desarrollo de un policatión inmunocompatible adecuado para recubrir las perlas de alginato por lo demás altamente porosas y así impartir estabilidad y protección inmunitaria al sistema. [24] La poli-L-lisina es el policatión más comúnmente utilizado, pero su baja biocompatibilidad restringe el uso clínico exitoso de estas microcápsulas formuladas con PLL que atraen células inflamatorias induciendo así la necrosis de las células cargadas. [25] Los estudios también han demostrado que las microcápsulas de alginato-PLL-alginato (APA) presentan una baja estabilidad mecánica y una durabilidad a corto plazo. Por lo tanto, varios grupos de investigación han estado buscando alternativas al PLL y han demostrado resultados prometedores con poli-L-ornitina [26] y poli (metileno-co-guanidina) clorhidrato [27] mediante la fabricación de microcápsulas duraderas con una resistencia mecánica alta y controlada para células. encapsulación.
Varios grupos también han investigado el uso de quitosano, que es un policatión derivado de forma natural, como posible reemplazo de PLL para fabricar microcápsulas de alginato-quitosano (AC) para aplicaciones de administración celular. [28] [29] Sin embargo, los estudios también han demostrado que la estabilidad de esta membrana de CA es nuevamente limitada [30] [31] y un grupo demostró que la modificación de estas microcápsulas de alginato-quitosano con genipina , un glucósido iridoide natural de gardenia frutas, para formar microcápsulas de alginato-quitosano reticuladas con genipina (GCAC) podría aumentar la estabilidad de las microcápsulas cargadas con células. [30]
Colágeno
El colágeno, un componente proteico importante de la ECM, proporciona soporte a tejidos como piel, cartílago, huesos, vasos sanguíneos y ligamentos y, por lo tanto, se considera un modelo de andamio o matriz para la ingeniería de tejidos debido a sus propiedades de biocompatibilidad, biodegradabilidad y capacidad para promover células. Unión. [32] Esta capacidad permite que el quitosano controle la distribución de las células dentro del sistema polimérico. Por lo tanto, el colágeno de tipo I obtenido de tejidos animales se está utilizando ahora con éxito comercialmente como biomaterial de ingeniería de tejidos para múltiples aplicaciones. [33] El colágeno también se ha utilizado en la reparación de nervios [34] y la ingeniería de la vejiga. [27] La inmunogenicidad ha limitado las aplicaciones del colágeno. La gelatina se ha considerado una alternativa por ese motivo. [35]
Gelatina
La gelatina se prepara a partir de la desnaturalización del colágeno y muchas propiedades deseables como biodegradabilidad , biocompatibilidad, no inmunogenicidad en entornos fisiológicos y fácil procesabilidad hacen de este polímero una buena opción para aplicaciones de ingeniería de tejidos. [36] Se utiliza en la ingeniería de tejidos para la piel, los huesos y el cartílago y se utiliza comercialmente para los reemplazos de piel. [37]
Quitosano
El quitosano es un polisacárido compuesto de D-glucosamina (unidad desacetilada) unida a β- (1-4) distribuida aleatoriamente y N-acetil-D-glucosamina (unidad acetilada). Se deriva de la N-desacetilación de la quitina y se ha utilizado para varias aplicaciones, como la administración de fármacos , [38] implantes que llenan el espacio [39] y en apósitos para heridas. [40] Sin embargo, un inconveniente de este polímero son sus propiedades mecánicas débiles y, por lo tanto, a menudo se combina con otros polímeros como el colágeno para formar un polímero con propiedades mecánicas más fuertes para aplicaciones de encapsulación celular. [41]
Agarosa
La agarosa es un polisacárido derivado de las algas que se utiliza para la nanoencapsulación de células y la suspensión de células / agarosa [42] puede modificarse para formar microperlas reduciendo la temperatura durante la preparación. [43] Sin embargo, un inconveniente de las microperlas así obtenidas es la posibilidad de una protuberancia celular a través de la pared de la matriz polimérica después de la formación de las cápsulas.
Sulfato de celulosa
El sulfato de celulosa se deriva del algodón y, una vez procesado adecuadamente, se puede utilizar como base biocompatible en la que suspender las células. Cuando la solución de sulfato de celulosa polianiónica se sumerge en una segunda solución policatiónica (por ejemplo, pDADMAC), se forma una membrana semipermeable alrededor de las células suspendidas como resultado de la gelificación entre los dos poli-iones. Tanto las líneas celulares de mamíferos como las células bacterianas permanecen viables y continúan replicándose dentro de la membrana de la cápsula para llenar la cápsula. Como tal, a diferencia de otros materiales de encapsulación, las cápsulas se pueden utilizar para hacer crecer células y actuar como tales como un minibiorreactor. La naturaleza biocompatible del material se ha demostrado mediante la observación durante los estudios que utilizan las propias cápsulas llenas de células para la implantación, así como el material de la cápsula aislada. [44] Las cápsulas formadas a partir de sulfato de celulosa se han utilizado con éxito, demostrando seguridad y eficacia, en ensayos clínicos y preclínicos tanto en humanos como en animales, principalmente como tratamientos contra el cáncer, pero también explorando posibles usos para terapia génica o terapias con anticuerpos. [4] [45] [46] [47] [48] Utilizando sulfato de celulosa ha sido posible fabricar células encapsuladas como producto farmacéutico a gran escala y cumpliendo con los estándares del Buen Proceso de Fabricación (cGMP). Esto fue logrado por la empresa Austrianova en 2007. [49]
Biocompatibilidad
El uso de un biomaterial ideal de alta calidad con las propiedades inherentes de biocompatibilidad es el factor más crucial que gobierna la eficiencia a largo plazo de esta tecnología. Un biomaterial ideal para la encapsulación celular debería ser uno que sea totalmente biocompatible , no desencadene una respuesta inmune en el huésped y no interfiera con la homeostasis celular para asegurar una alta viabilidad celular. [50] Sin embargo, una limitación importante ha sido la incapacidad para reproducir los diferentes biomateriales y los requisitos para obtener una mejor comprensión de la química y biofuncionalidad de los biomateriales y el sistema de microencapsulación . [42] Varios estudios demuestran que la modificación de la superficie de estas micropartículas que contienen células permite controlar el crecimiento y la diferenciación celular. [42] [51] de las células encapsuladas. [52]
Un estudio propuso el uso del potencial zeta que mide la carga eléctrica de la microcápsula como un medio para predecir la reacción interfacial entre la microcápsula y el tejido circundante y, a su vez, la biocompatibilidad del sistema de administración. [53]
Permeabilidad de microcápsulas
Un criterio fundamental que se debe establecer al desarrollar cualquier dispositivo con membrana semipermeable es ajustar la permeabilidad del dispositivo en términos de entrada y salida de moléculas. [54] [55] Es esencial que la microcápsula celular esté diseñada con un grosor uniforme y debe tener un control sobre la tasa de moléculas que entran en la cápsula necesaria para la viabilidad celular y la tasa de productos terapéuticos y material de desecho que sale de la membrana de la cápsula. La inmunoprotección de la célula cargada es el tema clave que debe tenerse en cuenta mientras se trabaja en la permeabilidad de la membrana de encapsulación, ya que no solo las células inmunes sino también los anticuerpos y las citocinas deben evitar la entrada en la microcápsula, que de hecho depende del tamaño de poro de la biomembrana. [55]
Se ha demostrado que, dado que los diferentes tipos de células tienen diferentes requisitos metabólicos, dependiendo del tipo de célula encapsulada en la membrana, la permeabilidad de la membrana debe optimizarse. [56] Varios grupos se han dedicado al estudio de la permeabilidad de la membrana de las microcápsulas celulares [51] [52] [57] y aunque se ha demostrado el papel de la permeabilidad de ciertos elementos esenciales como el oxígeno, [58] los requisitos de permeabilidad de cada el tipo de célula aún no se ha determinado.
El citrato de sodio se utiliza para la degradación de perlas de alginato después de la encapsulación de las células. [59] Para determinar la viabilidad de las células o para experimentación adicional. Se usan concentraciones de aproximadamente 25 mM para disolver las esferas de alginato y la solución se centrifuga usando una centrífuga para que se pueda eliminar el citrato de sodio y se puedan recolectar las células.
Resistencia mecánica y durabilidad
Es esencial que las microcápsulas tengan una resistencia de membrana adecuada (estabilidad mecánica) para soportar el estrés físico y osmótico , como durante el intercambio de nutrientes y productos de desecho. Las microcápsulas deben ser lo suficientemente fuertes y no deben romperse durante la implantación, ya que esto podría conducir a un rechazo inmunológico de las células encapsuladas. [55] Por ejemplo, en el caso del xenotrasplante , se necesitaría una membrana más estable y más firme en comparación con el alotrasplante . Además, mientras se investigaba el potencial del uso de microcápsulas de APA cargadas con hidrolasa de sales biliares (BSH) que sobreproducen células activas de Lactobacillus plantarum 80, en un modelo de tracto gastrointestinal simulado para aplicaciones de administración oral, se evaluó la integridad mecánica y la forma de las microcápsulas. Se demostró que las microcápsulas de APA podrían usarse potencialmente en la administración oral de células bacterianas vivas. [60] Sin embargo, investigaciones posteriores demostraron que las microcápsulas de GCAC poseen una mayor estabilidad mecánica en comparación con las microcápsulas de APA para aplicaciones de administración oral. [61] Martoni y col. estaban experimentando con cápsulas llenas de bacterias que se tomarían por vía oral para reducir el colesterol sérico. Las cápsulas se bombearon a través de una serie de vasos que simulaban el tracto gastrointestinal humano para determinar qué tan bien sobrevivirían las cápsulas en el cuerpo. Es necesaria una extensa investigación sobre las propiedades mecánicas del biomaterial que se utilizará para la microencapsulación celular para determinar la durabilidad de las microcápsulas durante la producción y especialmente para aplicaciones in vivo donde se requiere una liberación sostenida del producto terapéutico durante períodos prolongados. van der Wijngaart y col. [57] injertó una capa sólida, pero permeable, alrededor de las células para proporcionar una mayor resistencia mecánica.
El citrato de sodio se utiliza para la degradación de perlas de alginato después de la encapsulación de las células. [59] Para determinar la viabilidad de las células o para experimentación adicional. Se usan concentraciones de aproximadamente 25 mM para disolver las esferas de alginato y la solución se centrifuga usando una centrífuga para que se pueda eliminar el citrato de sodio y se puedan recolectar las células.
Métodos para probar las propiedades mecánicas de las microcápsulas.
- Un reómetro [62] es una máquina que se utiliza para probar
- tasa de corte
- resistencia a la cizalladura
- coeficiente de consistencia
- índice de comportamiento de flujo
- Viscosímetro - prueba de resistencia al corte
Generación de microcápsulas
Microfluidos
Se pueden usar microfluidos basados en gotas para generar micropartículas con tamaño repetible. [57]
- manipulación de la solución de alginato para permitir la creación de microcápsulas
Técnicas de electropulverización
La electropulverización se utiliza para crear esferas de alginato bombeando una solución de alginato a través de una aguja. Una fuente de alto voltaje generalmente proporcionada por una pinza unida a la aguja se usa para generar un potencial eléctrico con el alginato cayendo de la punta de la aguja a una solución que contiene una tierra. El cloruro de calcio se utiliza como solución de reticulación en la que las cápsulas generadas caen en el lugar donde se endurecen después de aproximadamente 30 minutos. Las perlas se forman a partir de la aguja debido a la carga y la tensión superficial. [62]
- Dependencia del tamaño de las perlas
- alteraciones de la altura del dispositivo desde la aguja hasta la solución de cloruro de calcio
- alteraciones de voltaje de la pinza en la aguja
- alteraciones de la concentración de alginato
Tamaño de la microcápsula
El diámetro de las microcápsulas es un factor importante que influye tanto en la respuesta inmune hacia las microcápsulas celulares como en el transporte de masa a través de la membrana de la cápsula. Los estudios muestran que la respuesta celular a las cápsulas más pequeñas es mucho menor en comparación con las cápsulas más grandes [63] y, en general, el diámetro de las microcápsulas cargadas con células debe estar entre 350-450 µm para permitir una difusión eficaz a través de la membrana semipermeable. [64] [65]
Elección de celda
El tipo de célula elegido para esta técnica depende de la aplicación deseada de las microcápsulas celulares. Las células introducidas en las cápsulas pueden ser del paciente ( células autólogas ), de otro donante (células alogénicas) o de otras especies (células xenogénicas). [66] El uso de células autólogas en la terapia de microencapsulación está limitado por la disponibilidad de estas células y, aunque las células xenogénicas son fácilmente accesibles, el peligro de una posible transmisión de virus , especialmente retrovirus endógenos porcinos al paciente, restringe su aplicación clínica, [67] y después de mucho debate, varios grupos han llegado a la conclusión de que los estudios deberían incluir el uso de células alogénicas en lugar de xenogénicas. [68] Dependiendo de la aplicación, las células se pueden alterar genéticamente para expresar cualquier proteína requerida. [69] Sin embargo, se debe realizar suficiente investigación para validar la seguridad y estabilidad del gen expresado antes de que se puedan utilizar estos tipos de células.
Esta tecnología no ha recibido aprobación para ensayos clínicos debido a la alta inmunogenicidad de las células cargadas en las cápsulas. Secretan citocinas y producen una reacción inflamatoria grave en el lugar de implantación alrededor de las cápsulas, lo que a su vez conduce a una disminución de la viabilidad de las células encapsuladas. [15] [70] Un enfoque prometedor que se está estudiando es la administración de fármacos antiinflamatorios para reducir la respuesta inmunitaria producida debido a la administración de microcápsulas cargadas de células. [71] [72] Otro enfoque que ahora es el foco de una extensa investigación es el uso de células madre como las células madre mesenquimales para aplicaciones de terapia celular y microencapsulación celular a largo plazo con la esperanza de reducir la respuesta inmune en el paciente después de la implantación. [73] Otro problema que compromete la viabilidad a largo plazo de las células microencapsuladas es el uso de líneas celulares de rápida proliferación que eventualmente llenan todo el sistema y conducen a una disminución en la eficiencia de difusión a través de la membrana semipermeable de la cápsula. [69] Una solución a esto podría estar en el uso de tipos de células como mioblastos que no proliferan después del procedimiento de microencapsulación.
Aplicaciones no terapéuticas
Los probióticos se utilizan cada vez más en numerosos productos lácteos como helados, leches en polvo, yogures, postres lácteos congelados y queso debido a sus importantes beneficios para la salud. Pero la baja viabilidad de las bacterias probióticas en los alimentos sigue siendo un obstáculo importante. El pH , el contenido de oxígeno disuelto, la acidez titulable, la temperatura de almacenamiento, las especies y cepas de organismos de productos lácteos fermentados asociativos y la concentración de ácidos láctico y acético son algunos de los factores que afectan en gran medida la viabilidad probiótica en el producto. [74] [75] [76] Según lo establecido por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) y la Organización Mundial de la Salud (OMS), la norma para ser considerada un alimento saludable con adición probítica, el producto debe contener por gramo al menos 10 6 -10 7 ufc de bacterias probióticas viables . [77] Es necesario que las células bacterianas permanezcan estables y saludables en el producto fabricado, sean suficientemente viables mientras se mueven a través del tracto digestivo superior y puedan proporcionar efectos positivos al llegar al intestino del huésped. [78]
La tecnología de microencapsulación celular se ha aplicado con éxito en la industria alimentaria para la encapsulación de células de bacterias probióticas vivas para aumentar la viabilidad de las bacterias durante el procesamiento de productos lácteos y para la entrega dirigida al tracto gastrointestinal. [79]
Además de los productos lácteos, los probióticos microencapsulados también se han utilizado en productos no lácteos, como TheresweetTM, que es un edulcorante . Puede usarse como un vehículo conveniente para la administración de Lactobacillus encapsulado al intestino, aunque no es en sí mismo un producto lácteo.
Aplicaciones Terapéuticas
Diabetes
Los científicos están estudiando ampliamente el potencial del uso de páncreas bioartificial para el tratamiento de la diabetes mellitus , basado en la encapsulación de las células de los islotes dentro de una membrana semipermeable. Estos dispositivos podrían eliminar la necesidad de fármacos inmunosupresores además de resolver finalmente el problema de la escasez de donantes de órganos. El uso de microencapsulación protegería a las células de los islotes del rechazo inmunológico y permitiría el uso de células animales o células productoras de insulina modificadas genéticamente. [80] Se espera que el desarrollo de estas microcápsulas encapsuladas en islotes pueda prevenir la necesidad de inyecciones de insulina que necesitan los pacientes diabéticos tipo 1 varias veces al día. [66] El protocolo de Edmonton implica la implantación de islotes humanos extraídos de donantes cadavéricos y ha mostrado mejoras en el tratamiento de los diabéticos tipo 1 que son propensos a la hipoglucemia . [81] Sin embargo, los dos principales obstáculos que enfrenta esta técnica son la disponibilidad limitada de órganos de donantes y la necesidad de inmunosupresores para prevenir una respuesta inmunitaria en el cuerpo del paciente.
Se han dedicado varios estudios al desarrollo de páncreas bioartificial que implican la inmovilización de islotes de Langerhans dentro de cápsulas poliméricas. El primer intento hacia este objetivo fue demostrado en 1980 por Lim et al. donde se encapsularon células de islotes de xenoinjerto dentro de microcápsulas de polilisina de alginato y mostraron resultados significativos in vivo durante varias semanas. [3] Se prevé que la implantación de estas células encapsuladas ayudaría a superar el uso de fármacos inmunosupresores y también permitiría el uso de células de xenoinjerto, obviando así el problema de la escasez de donantes.
Los polímeros utilizados para la microencapsulación de islotes son alginato, [82] quitosano, [83] polietilenglicol (PEG), [84] agarosa, [85] sulfato sódico de celulosa y poliacrilatos insolubles en agua, siendo el alginato y el PEG los polímeros comúnmente utilizados. Con los exitosos estudios in vitro que se están realizando con esta técnica, se está llevando a cabo un trabajo significativo en ensayos clínicos con islotes humanos microencapsulados. En 2003, el Ministerio de Salud italiano permitió que se llevara a cabo en la Universidad de Perugia el uso de microcápsulas de alginato / OLP que contienen células de los islotes para ensayos clínicos piloto de fase 1. [54] En otro estudio, se evaluó el potencial de aplicación clínica de la PEGilación y dosis bajas del inmunosupresor ciclosporina A. El ensayo que comenzó en 2005 por Novocell, ahora forma la fase I / II de ensayos clínicos que involucran la implantación de aloinjertos de islotes en el sitio subcutáneo . [86] Sin embargo, ha habido estudios controvertidos que involucran ensayos clínicos en humanos donde Living Cell Technologies Ltd demostró la supervivencia de células xenogénicas funcionales trasplantadas sin medicación inmunosupresora durante 9.5 años. [87] Sin embargo, el juicio recibió duras críticas de la Asociación Internacional de Xenotrasplantes por ser arriesgado y prematuro. [88] Sin embargo, aunque se están realizando ensayos clínicos, es necesario superar varios problemas importantes, como la biocompatibilidad y la inmunoprotección. [89]
También se están explorando alternativas potenciales a la encapsulación de islotes aislados (de origen alo o xenogénico). Utilizando la tecnología de sulfato de celulosa de sodio de Austrianova Singapur, se encapsuló una línea celular de islote y se demostró que las células permanecen viables y liberan insulina en respuesta a la glucosa. [90] En estudios preclínicos, las células encapsuladas implantadas pudieron restaurar los niveles de glucosa en sangre en ratas diabéticas durante un período de 6 meses. [91]
Cáncer
El uso de microcápsulas encapsuladas en células para el tratamiento de varias formas de cáncer ha mostrado un gran potencial. Un enfoque adoptado por los investigadores es mediante la implantación de microcápsulas que contienen células secretoras de citocinas modificadas genéticamente. Un ejemplo de esto fue demostrado por Cirone et al. cuando los mioblastos de ratón no autólogos que secretan citocinas IL-2 modificadas genéticamente implantados en ratones mostraron un retraso en el crecimiento del tumor con una mayor tasa de supervivencia de los animales. [92] Sin embargo, la eficacia de este tratamiento fue breve debido a una respuesta inmune hacia las microcápsulas implantadas. Otro enfoque para la supresión del cáncer es mediante el uso de inhibidores de la angiogénesis para prevenir la liberación de factores de crecimiento que conducen a la propagación de tumores. El efecto de implantar microcápsulas cargadas con células xenogénicas genéticamente modificadas para secretar endostatina , un fármaco antiangiogénico que provoca apoptosis en las células tumorales , ha sido ampliamente estudiado. [93] [94] Sin embargo, este método de administración local de microcápsulas no fue factible en el tratamiento de pacientes con muchos tumores o en casos de metástasis y ha dado lugar a estudios recientes que involucran la implantación sistémica de las cápsulas. [95] [96]
En 1998, se utilizó un modelo murino de cáncer de páncreas para estudiar el efecto de implantar el citocromo P450 modificado genéticamente que expresaba células epiteliales felinas encapsuladas en polímeros de sulfato de celulosa para el tratamiento de tumores sólidos. [97] El enfoque demostró por primera vez la aplicación de células que expresan enzimas para activar agentes quimioterapéuticos. Sobre la base de estos resultados, se probó un producto de terapia celular encapsulada, NovaCaps, en un ensayo clínico de fase I / II para el tratamiento del cáncer de páncreas en pacientes [98] [99] y recientemente ha sido designado por la agencia europea de medicamentos (EMEA ) como medicamento huérfano en Europa. Otro ensayo clínico de fase I / II que utilizó el mismo producto confirmó los resultados del primer ensayo, demostrando una duplicación aproximada del tiempo de supervivencia en pacientes con cáncer de páncreas en estadio IV. [100] En todos estos ensayos que utilizaron sulfato de celulosa, además de los claros efectos antitumorales, las cápsulas fueron bien toleradas y no se observaron reacciones adversas como la respuesta inmune a las cápsulas, lo que demuestra la naturaleza biocompatible del sulfato de celulosa. cápsulas. En un paciente, las cápsulas estuvieron colocadas durante casi 2 años sin efectos secundarios.
Estos estudios muestran la prometedora aplicación potencial de las microcápsulas celulares para el tratamiento de cánceres. [42] Sin embargo, las soluciones a problemas como la respuesta inmune que conduce a la inflamación del tejido circundante en el sitio de implantación de la cápsula deben investigarse en detalle antes de que sean posibles más ensayos clínicos.
Enfermedades cardíacas
Se han dedicado numerosos estudios al desarrollo de métodos efectivos para permitir la regeneración del tejido cardíaco en pacientes después de una cardiopatía isquémica . Un enfoque emergente para responder a los problemas relacionados con la reparación del tejido isquémico es mediante el uso de una terapia basada en células madre. [101] Sin embargo, todavía se está investigando el mecanismo real por el cual esta terapia basada en células madre tiene efectos generativos sobre la función cardíaca. Aunque se han estudiado numerosos métodos para la administración de células, la eficiencia del número de células retenidas en el corazón que late después de la implantación es todavía muy baja. Un enfoque prometedor para superar este problema es mediante el uso de la terapia de microencapsulación celular que ha demostrado permitir una mayor retención celular en comparación con la inyección de células madre libres en el corazón. [102]
Otra estrategia para mejorar el impacto de la técnica de encapsulación basada en células hacia las aplicaciones de regeneración cardíaca es mediante el uso de células madre modificadas genéticamente capaces de secretar factores angiogénicos como el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) que estimulan la neovascularización y restauran la perfusión en el corazón isquémico dañado. [103] [104] Un ejemplo de esto se muestra en el estudio de Zang et al. donde se encapsularon células CHO xenogénicas genéticamente modificadas que expresaban VEGF en microcápsulas de alginato-polilisina-alginato y se implantaron en miocardio de rata. [105] Se observó que la encapsulación protegió a las células de una inmunorespuesta durante tres semanas y también condujo a una mejora en el tejido cardíaco después del infarto debido al aumento de la angiogénesis.
Terapia con anticuerpos monoclonales
El uso de anticuerpos monoclonales para terapia está ahora muy extendido para el tratamiento de cánceres y enfermedades inflamatorias. Usando tecnología de sulfato de celulosa, los científicos han encapsulado con éxito células de hibridoma productoras de anticuerpos y han demostrado la liberación posterior del anticuerpo terapéutico de las cápsulas. [45] [46] Las cápsulas que contienen las células de hibridoma se utilizaron en estudios preclínicos para administrar anticuerpos neutralizantes contra el retrovirus de ratón FrCasE, previniendo con éxito la enfermedad.
Otras condiciones
Muchas otras afecciones médicas se han dirigido con terapias de encapsulación, especialmente aquellas que involucran una deficiencia en alguna proteína de origen biológico. Uno de los enfoques más exitosos es un dispositivo externo que actúa de manera similar a una máquina de diálisis , solo con un depósito de hepatocitos de cerdo que rodea la parte semipermeable del tubo de infusión de sangre. [106] Este aparato puede eliminar toxinas de la sangre de pacientes que sufren insuficiencia hepática grave . Otras aplicaciones que aún están en desarrollo incluyen células que producen factor neurotrófico derivado del ciliar para el tratamiento de la ELA y la enfermedad de Huntington , factor neurotrófico derivado de la glía para la enfermedad de Parkinson , eritropoyetina para la anemia y HGH para el enanismo . [107] Además, las enfermedades monogénicas como la hemofilia, la enfermedad de Gaucher y algunos trastornos de los mucopolisacáridos también podrían potencialmente ser el objetivo de las células encapsuladas que expresan la proteína que de otro modo falta en el paciente.
Referencias
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