微囊化干細(xì)胞及其應(yīng)用研究進(jìn)展

葉莉，王士斌,2

1 華僑大學(xué)生物工程與技術(shù)系，廈門 361021

2 華僑大學(xué)生物材料研究室，廈門 361021

微囊化干細(xì)胞及其應(yīng)用研究進(jìn)展

葉莉1，王士斌1,2

1 華僑大學(xué)生物工程與技術(shù)系，廈門 361021

2 華僑大學(xué)生物材料研究室，廈門 361021

干細(xì)胞極強(qiáng)的自我更新能力和多向分化潛能使其可以成為絕佳的種子細(xì)胞來(lái)源，用于各種疑難疾病的治療。微膠囊不僅可以為細(xì)胞提供三維生長(zhǎng)微環(huán)境，而且具有良好的免疫隔離性能和生物相容性。微囊化干細(xì)胞技術(shù)為干細(xì)胞大規(guī)模、高活性體外培養(yǎng)及長(zhǎng)期保存提供了新的技術(shù)支持，為細(xì)胞移植療法開(kāi)辟了新途徑。以下首先簡(jiǎn)述了微囊化技術(shù)的發(fā)展情況，然后介紹了目前用于微囊化干細(xì)胞的材料、制備方法及其免疫隔離作用，重點(diǎn)闡述了近年來(lái)微囊化各種不同類型干細(xì)胞的研究和應(yīng)用進(jìn)展。最后，提出目前微膠囊化干細(xì)胞的問(wèn)題所在并對(duì)此技術(shù)進(jìn)行展望。

干細(xì)胞，微囊化，免疫隔離，細(xì)胞移植

1 微囊化細(xì)胞概述

1.1 發(fā)展

1964年，加拿大學(xué)者Chang等[3]首次提出人工細(xì)胞的概念，即將活細(xì)胞用具有良好生物相容性的半透膜包裹形成微膠囊。1980年，Lim和Sun[4]用海藻酸鈉-多聚賴氨酸-海藻酸鈉 (Alginate-polylysinealginate，APA) 微囊包埋大鼠胰島治療實(shí)驗(yàn)性糖尿病，標(biāo)志著微囊化細(xì)胞移植技術(shù)的確立。此后，各國(guó)學(xué)者對(duì)微囊化組織細(xì)胞移植技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究，主要集中于胰島、腎上腺髓質(zhì)嗜鉻細(xì)胞、肝細(xì)胞、甲狀旁腺細(xì)胞、甲狀腺細(xì)胞等[5]。近年來(lái)，被醫(yī)學(xué)界稱為“萬(wàn)用細(xì)胞”的干細(xì)胞，因其具有自我復(fù)制能力和極強(qiáng)的可塑性等特點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注，并且干細(xì)胞的增殖和分化與其所處的微環(huán)境密切相關(guān)[6]。因此，隨著干細(xì)胞研究的升溫，微囊化干細(xì)胞技術(shù)的研究也逐漸深入。2001年，Magyar等[7]首次成功應(yīng)用海藻酸鹽微囊化小鼠胚胎干細(xì)胞大量擴(kuò)增擬胚體。

1.2 材料與制備方法

目前最常用的制備微囊化干細(xì)胞的材料是海藻酸鈉，海藻酸鈉是從天然褐藻中提取的水溶性聚醛酸鹽，是一種聚陰離子聚合物。一些囊材僅由海藻酸鹽形成微球[8-9]，而大部分囊材則是利用聚電解質(zhì)絡(luò)合原理，將海藻酸鹽與聚陽(yáng)離子反應(yīng)，在生理?xiàng)l件下于活細(xì)胞周圍形成包膜[10-11]。目前發(fā)展較為成熟的是 APA微囊，高純度的海藻酸鈉制成的 APA微囊生物相容性好，穩(wěn)定性增加，擴(kuò)散通透性降低，可有效保護(hù)被移植細(xì)胞免受宿主免疫反應(yīng)影響[12]。但多聚賴氨酸價(jià)格昂貴，限制了其廣泛應(yīng)用，有研究表明可采用價(jià)格低廉的殼聚糖替代多聚賴氨酸制成海藻酸鈉-殼聚糖-海藻酸鈉 (Alginate-chitosanalginate，ACA) 微囊[13]。殼聚糖分子鏈上大量的伯氨基可與海藻酸鈉的羧基形成聚電解質(zhì)膜，成膜性較好。除了海藻酸鈉，用于微囊化干細(xì)胞的聚合材料還有瓊脂糖[14]、全氟化碳[15]、聚乙二醇水凝膠[16]和一些其他合成材料[17]等。

根據(jù)微膠囊性質(zhì)、囊壁形成的機(jī)制和成囊條件，微囊的制備方法可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法。而微囊化干細(xì)胞的方法主要采用氣流噴射法和高壓靜電法，氣流噴射法是將細(xì)胞-海藻酸鈉混懸液置于注射器中，在一定氣壓下，使其經(jīng)適宜的針頭流出時(shí)被同方向的氣體吹落，滴入氯化鋇或氯化鈣溶液中反應(yīng)形成凝膠，此法工藝較為簡(jiǎn)便，但制備的微囊粒徑較大，表面光滑圓整度不高；高壓靜電法原理是使帶負(fù)電的陰離子型聚合物與帶正電的陽(yáng)離子型聚合物通過(guò)靜電相互作用形成微囊，制備出的微囊粒徑較小，機(jī)械強(qiáng)度高且微囊表面光滑圓整，不易引起細(xì)胞增生和纖維母細(xì)胞聚積，多用于實(shí)驗(yàn)研究[18]。

1.3 微囊的免疫隔離作用

包裹細(xì)胞的微囊膜具有選擇通透性，該膜對(duì)各種免疫細(xì)胞、免疫球蛋白分子和補(bǔ)體蛋白具有良好的隔離作用。細(xì)胞微囊化可排除細(xì)胞移植中出現(xiàn)的宿主與移植物之間的雙向排斥作用，從而使能分泌生物活性物質(zhì)的細(xì)胞在移植后得以存活。

在同種移植中，微囊提供的物理隔離有效防止囊內(nèi)細(xì)胞和宿主免疫細(xì)胞之間的直接接觸，使移植物存活。張梅等[19]對(duì)海藻酸鈉/氯化鋇微囊在大鼠同種異體胰島移植中免疫隔離效應(yīng)研究表明，微囊化胰島移植組與游離胰島移植組相比，糖尿病大鼠胰島平均存活時(shí)間明顯延長(zhǎng)，在移植48~72 h后，糖尿病大鼠的降血糖功能有明顯增強(qiáng)。異種移植時(shí)，微囊能防止抗體和補(bǔ)體片段的接觸，延長(zhǎng)移植物壽命。Vériter等[20]研究表明包埋豬胰島微膠囊植入大鼠皮下無(wú)免疫和炎癥反應(yīng)發(fā)生，且胰島在無(wú)免疫抑制劑的作用下能存活并維持其細(xì)胞功能達(dá)60 d。

2 微囊化干細(xì)胞研究進(jìn)展

2.1 微囊化胚胎干細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞源于哺乳動(dòng)物囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和桑椹胚之前的早期胚胎，廣義上講，還包括由惡性畸胎瘤組織分離建系的胚胎癌細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞是一種高度未分化的全能干細(xì)胞，在體外特定的條件下，能保持未分化狀態(tài)并無(wú)限增殖，當(dāng)給予適宜的微環(huán)境，能誘導(dǎo)分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官。

微囊化干細(xì)胞研究中關(guān)于胚胎干細(xì)胞的研究較早，各國(guó)學(xué)者的研究為細(xì)胞移植療法開(kāi)辟了新的途徑。孫志杰等[21]用高壓靜電法制備APA微囊包裹綠色熒光蛋白標(biāo)記的小鼠ESCs，并觀察ESCs在微囊中分化形成擬胚體的可行性，結(jié)果表明單個(gè)ESC在微囊中可以形成擬胚體，擬胚體具有正常的分化能力。王秀麗等[22]也成功地利用APA微膠囊包埋胚胎干細(xì)胞，從而證明了APA微膠囊能為胚胎干細(xì)胞提供特殊的體外生長(zhǎng)微環(huán)境并維持其未分化狀態(tài)。Sakai等[14]利用噴嘴技術(shù)制備了一種帶有中空結(jié)構(gòu)的新型瓊脂糖微膠囊，用這種微膠囊包埋的胚胎干細(xì)胞可以自我聚集生長(zhǎng)，并形成球形擬胚狀體，表明其在組織工程及細(xì)胞治療方面具有應(yīng)用潛能。

利用胚胎干細(xì)胞向肝細(xì)胞的分化潛能可把微囊化 ESCs應(yīng)用于生物人工肝和肝細(xì)胞移植。Fang等[23]研究了源于 ESCs的胚狀體用海藻酸鈉微球包封后在外源性生長(zhǎng)因子的刺激誘導(dǎo)下分化為肝細(xì)胞的分化潛能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此胚狀體分泌白蛋白和尿素。免疫熒光分析顯示其定向誘導(dǎo)分化細(xì)胞在第14天表達(dá)白蛋白和細(xì)胞角蛋白，且RT-PCR檢測(cè)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞表達(dá)胎甲球蛋白、白蛋白、細(xì)胞角蛋白-18和酪氨酸轉(zhuǎn)氨酶等肝細(xì)胞表達(dá)的蛋白。Maguire等[24]通過(guò)改變海藻酸微膠囊的主要制備條件參數(shù)得到微囊化ESCs，其在上皮細(xì)胞鈣粘蛋白的調(diào)節(jié)下有分化為肝細(xì)胞的潛能。

Ferreira等[25]用葡聚糖水凝膠包封人 ESCs，并用血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子 (VEGF) 誘導(dǎo)分化，發(fā)現(xiàn)與自然分化的ESCs相比，微囊化ESCs表達(dá)的血管標(biāo)記物VEGF受體含量上升20倍，破囊后，把細(xì)胞轉(zhuǎn)至條件培養(yǎng)基培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)胞向血管分化，結(jié)果獲得血管細(xì)胞的數(shù)量多于相同培養(yǎng)條件下的自然分化的ESCs，表明微膠囊化 ESCs能成為大量血管細(xì)胞特別是血管內(nèi)皮細(xì)胞的來(lái)源，應(yīng)用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)。

另外，Hwang 等[26]把微囊化ESCs應(yīng)用于骨組織工程中。他們用海藻酸鈉水凝膠包封未分化鼠ESCs后，前3天，培養(yǎng)在體積分?jǐn)?shù)50% HepG2細(xì)胞條件培養(yǎng)基中，之后用含維生素 C、β-甘油和地塞米松的成骨質(zhì)培養(yǎng)基以促進(jìn)其向成骨細(xì)胞分化，在微重力旋轉(zhuǎn)細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器中培養(yǎng)，形態(tài)學(xué)表征、成骨質(zhì)細(xì)胞系的表型及基因分析和礦化鈣/磷酸鹽的沉積均顯示了三維礦化的結(jié)構(gòu)的生成。這一生物過(guò)程為骨組織工程中骨形成提供了一個(gè)可應(yīng)用的高效自動(dòng)化培養(yǎng)體系。

微囊化ESCs的報(bào)道較多地限于體外研究，但目前體內(nèi)研究也得到了人們的關(guān)注。如Dean等[27]報(bào)道人ESCs和鼠ESCs用微囊包埋后，分別植入小鼠體內(nèi)，植入后4周和3個(gè)月回收微囊，對(duì)ESCs細(xì)胞形態(tài)、活性和基因表達(dá)情況進(jìn)行分析。研究表明，微囊化鼠ESCs在體內(nèi)聚集生長(zhǎng)，人ESCs表達(dá)內(nèi)胚層的標(biāo)記物甲胎蛋白，而鼠ESCs表達(dá)外胚層標(biāo)記物，微囊微環(huán)境對(duì)人工胚胎干細(xì)胞是否存在不利的影響還有待于進(jìn)一步深入研究。

2.2 微囊化成體干細(xì)胞

成體干細(xì)胞存在于各種組織的特定位置上，是一類成熟較慢但能自我維持增殖的未分化的細(xì)胞，成體干細(xì)胞是一種多能干細(xì)胞，可以分化轉(zhuǎn)變?yōu)樵撈鞴賰?nèi)任何類型的細(xì)胞。與胚胎干細(xì)胞相比，成體干細(xì)胞具有來(lái)源豐富、取材簡(jiǎn)便、易分離純化、成瘤的可能性小且可自體移植、克服倫理道德問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)[28]，但其增殖能力有限，可作為細(xì)胞移植療法的備選材料。

目前已成功微囊化的成體干細(xì)胞的種類繁多，包括間充質(zhì)干細(xì)胞 (Mesenchymal stem cells，MSCs)[29-31]、造血干細(xì)胞[32]、牙髓質(zhì)干細(xì)胞[33]、神經(jīng)干細(xì)胞等[34]。其中骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (Bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs) 作為細(xì)胞移植工程種子細(xì)胞是當(dāng)今微囊化研究的熱點(diǎn)。Ma等[28]報(bào)道用海藻酸鹽微囊化BMSCs，并用地塞米松和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)囊內(nèi)BMSCs向軟骨細(xì)胞分化，體外培養(yǎng)2周后，觀察到有臨床意義上的透明軟骨形成，細(xì)胞周圍有2型膠原蛋白表達(dá)，RT-PCR結(jié)果表明囊內(nèi)形成軟骨細(xì)胞和肥大軟骨細(xì)胞。Nuttelman等[31]用聚乙二醇微囊化人BMSCs，并進(jìn)行微囊化人BMSCs分化成骨細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究。體外培養(yǎng)4周后，經(jīng)RT-PCR檢測(cè)發(fā)現(xiàn)囊內(nèi)人BMSCs未分化，加入成骨細(xì)胞分化誘導(dǎo)介質(zhì)，1周后檢測(cè)到微囊化人BMSCs釋放骨結(jié)合素，骨橋蛋白和堿性磷酸酶以及礦化基質(zhì)形成。Chan等[35]報(bào)道采用膠原蛋白微囊包裹人MSCs，添加不同生長(zhǎng)因子的誘導(dǎo)培養(yǎng)基在體外分別誘導(dǎo)微囊化人MSCs向成骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、軟骨細(xì)胞分化，免疫組化染色方法檢測(cè)到微囊化的人MSCs能表達(dá)各種誘導(dǎo)分化細(xì)胞的標(biāo)志性蛋白，植入小鼠體內(nèi)微囊化人MSCs仍保持細(xì)胞活力。表明微囊化的MSCs仍具有多向分化潛能，可用于臨床組織修復(fù)。

BMSCs在骨、軟骨和肌腱損傷的修復(fù)方面研究較深入，如上所述植入微囊化 BMSCs可促進(jìn)成骨和軟骨的形成，但在向肝細(xì)胞誘導(dǎo)分化的條件和機(jī)制的研究剛剛起步。Liu等[36]把裸 MSCs細(xì)胞、微囊化MSCs植入被切除90%肝臟的小鼠體內(nèi)，14 d后發(fā)現(xiàn)小鼠存活率分別為25%和91%。不同于裸細(xì)胞，移植后的微囊化MSCs可以長(zhǎng)期生長(zhǎng)，且它們分泌的肝營(yíng)養(yǎng)因子能進(jìn)入肝臟促進(jìn)肝再生，隨培養(yǎng)時(shí)間增加，MSCs會(huì)向肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞轉(zhuǎn)化，表明微囊化MSCs的分化與其移植部位和生長(zhǎng)環(huán)境相關(guān)。

Zhang等[29]分別以純化海藻酸鈉 (PSA) 和海藻酸鈉 (SA) 為囊材，制備載MSCs的海藻酸鈉-聚賴氨酸微囊并對(duì) 2種微囊的破損率、體內(nèi)移植試驗(yàn)不同時(shí)間點(diǎn)回收微囊的完整性和囊周纖維化程度等安全性的問(wèn)題進(jìn)行比較。結(jié)果表明PSA組比SA組制備的微囊粒徑更加均勻，囊內(nèi)細(xì)胞活性更高。SD大鼠體內(nèi)移植試驗(yàn)顯示，移植微囊后的大鼠均生長(zhǎng)良好，SA組回收微囊約25%破損，而PSA組的破損率小于10%。同時(shí)，PSA 組囊周纖維化程度低于SA組，移植4周后回收的微囊形態(tài)完整，僅個(gè)別破損的微囊有纖維化現(xiàn)象。因此，采用純化海藻酸鈉制備微囊化細(xì)胞，細(xì)胞存活率高，生物相容性好。此外，他們課題組還以殼聚糖為囊材來(lái)制備微囊化MSCs并優(yōu)化了制備工藝[13]。本課題組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明以殼聚糖為壁材包裹的載MSCs微囊表面光潔，球形度好，具有較好的生物相容性 (結(jié)果將另文發(fā)表)。

微囊化成體干細(xì)胞還應(yīng)用于其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域如王瑛慧等[33]用APA微囊包裹人牙髓干細(xì)胞，植入小鼠腹腔內(nèi)6周后取材，RT-PCR方法檢測(cè)到牙本質(zhì)基質(zhì)特異性蛋白-牙本質(zhì)涎磷蛋白的表達(dá)，表明 APA微囊包裹的牙髓干細(xì)胞可以形成牙本質(zhì)基質(zhì)，可用于組織工程牙本質(zhì)的構(gòu)建。孫燕[34]成功應(yīng)用包裹在APA微囊中的神經(jīng)干細(xì)胞誘導(dǎo)類胚體定向分化為神經(jīng)樣細(xì)胞，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)微囊誘導(dǎo)的方法可明顯提高細(xì)胞的分化率。

2.3 微囊化基因工程干細(xì)胞

隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的迅速發(fā)展，人們開(kāi)始嘗試以微囊作為轉(zhuǎn)基因干細(xì)胞的免疫隔離和運(yùn)載工具，利用基因重組干細(xì)胞產(chǎn)生的特定的代謝產(chǎn)物來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體生理功能，治療相關(guān)疾病。Zhang等[37]報(bào)道微囊化堿性磷酸酶基因 (Alkaline phosphatase gene，SEAP) 轉(zhuǎn)染的小鼠 ESCs，微囊包裹的小鼠 ESCs分泌SEAP量逐漸增加，達(dá)到最高值后保持穩(wěn)定水平。Ding等[38]報(bào)道APA微囊包裹轉(zhuǎn)骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2基因 (BMP-2) 轉(zhuǎn)染的MSCs細(xì)胞，結(jié)果表明微囊化轉(zhuǎn)基因干細(xì)胞生長(zhǎng)良好，能持續(xù)分泌BMP-2蛋白并促進(jìn)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，將轉(zhuǎn)BMP-2基因的MSCs細(xì)胞移植入宿主體內(nèi)，可用于治療骨折和骨缺損等。Babister等[39]將轉(zhuǎn)Sox-9基因的人間質(zhì)祖細(xì)胞，用微囊包裹后移植入宿主體內(nèi)，可以促進(jìn)軟骨結(jié)構(gòu)的形成，預(yù)示其有用于治療骨折和骨缺損等疾病的前景。

2.4 共微囊化模式研究

干細(xì)胞分化的特異性是其自身特性和微環(huán)境共同作用的結(jié)果，移植的干細(xì)胞在局部微環(huán)境中能重新編程，分化成與其周圍細(xì)胞生物學(xué)特性相似的細(xì)胞。共微囊化則可以利用其他細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子促進(jìn)干細(xì)胞分化，增加細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)。Liu和Chang[40]將共微囊化 BMSCs和肝細(xì)胞植入小鼠體內(nèi)，研究結(jié)果顯示，干細(xì)胞的存在可以延長(zhǎng)肝細(xì)胞的存活時(shí)間并且提高肝細(xì)胞的功能，降低受試小鼠體內(nèi)的氨濃度及血膽紅素水平。最近，Shi等[41]也對(duì)BMSCs和肝細(xì)胞進(jìn)行共微囊化研究，體外實(shí)驗(yàn)表明共微囊化組比單獨(dú)微囊化肝細(xì)胞組的肝細(xì)胞存活率增加，白蛋白和尿素分泌功能明顯增強(qiáng)，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明共微囊化組對(duì)小鼠急性肝衰竭具有更顯著的治療作用。但是，關(guān)于共微囊化研究目前報(bào)道較少，很多僅限于共培養(yǎng)階段。在之前微囊化工作的基礎(chǔ)上[42]，我們目前正在試圖共微囊化 BMSCs和小鼠胰島β細(xì)胞用于治療實(shí)驗(yàn)性糖尿病小鼠。

3 問(wèn)題及展望

微囊化干細(xì)胞技術(shù)利用微膠囊包埋各種類型的干細(xì)胞，拓寬了微囊化人工細(xì)胞技術(shù)包埋細(xì)胞的類型。微膠囊具有的選擇性生物半透膜能保護(hù)干細(xì)胞免受各種免疫反應(yīng)的干擾，并且抵抗外來(lái)的機(jī)械力及摩擦力等，給干細(xì)胞的生長(zhǎng)提供了良好的生存微環(huán)境。干細(xì)胞的極強(qiáng)自我更新和多向分化潛能特征使其可以廣泛地應(yīng)用于各種難治性疾病的治療，微囊化干細(xì)胞技術(shù)為干細(xì)胞體外高活性、大規(guī)模培養(yǎng)及長(zhǎng)期保存提供了新的技術(shù)支持，可為細(xì)胞移植提供來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的種子細(xì)胞，將在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。但當(dāng)前該領(lǐng)域尚處于研究階段，存在的一些問(wèn)題亟待解決：1) 目前微囊化干細(xì)胞移植技術(shù)更多停留在體外研究的水平，體內(nèi)研究?jī)H限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，且關(guān)于微囊化干細(xì)胞移植到體內(nèi)后的生長(zhǎng)及分化或信號(hào)連接、調(diào)控研究較少，微囊的回收效率、破損率等安全性的問(wèn)題的研究缺乏，離臨床應(yīng)用尚有一段距離。2) 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)時(shí)間相對(duì)較短，缺乏對(duì)移植后微囊和囊內(nèi)干細(xì)胞在宿主體內(nèi)最終歸宿及可能造成的不良后果的深入研究。3) 對(duì)干細(xì)胞分化的具體機(jī)制尚不明晰，用于移植干細(xì)胞的數(shù)量、途徑和時(shí)機(jī)等還未明確，有待于進(jìn)一步優(yōu)化。

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Progress in microencapsulation of stem cells

Li Ye1, and Shibin Wang1,2
1 Department of Biological Engineering and Technology, Huaqiao University, Xiamen 361021, China
2 Laboratory for Biomaterials, Huaqiao University, Xiamen 361021, China

For the regenerative therapy of refractory diseases, stem cells have become an excellent source of seed cells due to their strong self-renewal and multi-differentiation abilities. Microcapsules can provide a three-dimensional growth environment with a good immunoisolation and biocompatibility for cells, and the microencapsulation of stem cells provides a new technical support for large-scale cell culture with high activities in vitro and long-term preservation, consequently opening up a new alternative for cell transplantation. In this review, we first outlined the development of microencapsulation, then introduced the present materials and methods for the microencapsulation of stem cells and its immunoisolation, and discussed the progress in microencapsulation technology, various types of stem cell used in recent years in details. Finally, we addressed perspectives of stem cell microencapsulation technology.

stem cell, microencapsulation, immunoisolation, cell transplantation

干細(xì)胞是一類具有自我更新、高度增殖能力和分化潛能的特殊細(xì)胞群，按干細(xì)胞所處的發(fā)育階段不同可分為胚胎干細(xì)胞 (Embryonic stem cell，ESC)和成體干細(xì)胞 (Adult stem cell，ASC)。干細(xì)胞經(jīng)體外長(zhǎng)期培養(yǎng)后，仍具有增殖能力并能保持其未分化狀態(tài)，其中胚胎干細(xì)胞具有全能性，可定向誘導(dǎo)分化為機(jī)體各個(gè)胚層的細(xì)胞，包括來(lái)自外胚層的上皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞，中胚層的造血干細(xì)胞和內(nèi)胚層的肝細(xì)胞等。成體干細(xì)胞是多能或單能干細(xì)胞，通常只能發(fā)展成特定種類的細(xì)胞或組織[1]。干細(xì)胞的這些生物學(xué)特性，使其可作為種子細(xì)胞用于治療各種疾病，解決當(dāng)今細(xì)胞移植所面臨的供體不足問(wèn)題。微膠囊是利用天然的或合成的高分子材料作為囊膜壁殼，將藥物、生物活性物質(zhì)或活細(xì)胞包裹在內(nèi)的一種球狀微型容器。微囊化使得酶等生物大分子和細(xì)胞不能從微囊中逸出，而小分子的物質(zhì)、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以自由出入半透膜，達(dá)到催化或培養(yǎng)的目的。微囊化除了可為干細(xì)胞生長(zhǎng)提供良好的三維微環(huán)境，保證干細(xì)胞的體外大規(guī)模培養(yǎng)外，還可利用選擇透過(guò)性膜將移植物與宿主免疫系統(tǒng)隔離，有效地避免異體移植過(guò)程中的免疫排斥反應(yīng)。微囊化干細(xì)胞技術(shù)已成為目前細(xì)胞移植的熱點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景[2]。

February 8, 2010; Accepted: May 24, 2010

Supported by:National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (No. 2006AA02A118), National Natural Science Foundation of China (No. 30370415), Natural Science Foundation Project of Fujian Science and Technology Committee (Nos. C0710034, 2009J0125).

Shibin Wang. Tel/Fax: +86-592-6162326; E-mail: sbwang@hqu.edu.cn

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 (863計(jì)劃) (No. 2006AA02A118)，國(guó)家自然科學(xué)基金 (No. 30370415)，福建省自然科學(xué)基金 (Nos. C0710034, 2009J0125)資助。