近年来，随着显微外科、微创外科、血管外科及生物医学工程等多学科的协同发展，器官移植研究日渐成熟，移植器官的存活率进一步提高；但器官来源严重紧缺制约着器官移植的应用，加之移植后的排斥反应及伦理学等方面的一系列问题，使其仍难以满足疾病治疗的要求。在这种情况下，细胞微囊化技术应运而生。细胞微囊化是将目的细胞包裹于一种或几种生物相容性良好且具有半透膜特性的材料内，既可实现免疫隔离、防止大分子免疫物质和免疫细胞攻击，又允许代谢产物、小分子营养物及细胞活性物质自由出入微囊。因此细胞微囊化技术在异种和异体移植^[1]、工业化大规模培养^[2]、细胞因子替代治疗及控缓释生物活性药物筛选^[3,4,5]等领域具有广阔的应用前景。本文就细胞微囊的制作、微囊外膜对免疫大分子物质和细胞因子的作用、微囊外膜的免疫原性及细胞微囊化技术的代表性应用作一综述。

将活细胞包裹于微囊内可实现细胞群的立体式生长，使其更接近在体结构构象和组织异能性，从而贴近细胞在活体内的存在形式。

海藻酸是成囊制作的良好材料，其提取于天然褐藻中，是一种水溶性的聚醛盐。海藻酸钠的主要成分是1-4-β-D-甘露糖醛酸和α-L-古罗糖醛酸^[6,7]。相对于其他生物材料，海藻酸钙具有很强的生物兼容性和生物安全性，更接近动物元素组成，其大致呈凝胶状，经蝥合剂去钙工艺处理后可溶解恢复至液态。

根据海藻酸钠与聚赖氨酸（poly-L-lysine，PLL）反应后海藻酸钙凝胶则不能有效地将钙去除，从而保持了其原始凝胶状态的原理，将细胞与海藻酸溶液混合，然后使用微囊发生器将其喷射至CaCl₂溶液中形成均一大小的凝胶珠，再滴加PLL处理微囊的外表面，而后用柠檬酸作为螯合剂对凝胶珠进行去钙处理，使内层的海藻酸恢复至液态，细胞悬浮于其中，由于微球表面的PLL和海藻酸反应形成一层不溶性膜将细胞包于微球中，即制成细胞微囊。

制作海藻酸钠-多聚赖氨酸-海藻酸钠（alginate-poly-L-lysine-alginate，APA）微囊的方法通常有2种：一种是静电成囊法，另一种是气体喷雾法。静电成囊法中静电液滴发生器有2个电极，一个位于针头处，另一个连接在CaCl₂溶液中的导电环上，2者之间形成静电场；而气体喷雾法是将细胞和海藻酸溶液混合后置于注射器中，在压力作用下混合液从针头流出，被同方向的气流吹落至CaCl₂溶液中而形成凝胶。静电成囊法可通过改变电压、针头孔径及电极间距（即电场距离）来控制液滴的滴速和直径；而气体喷雾法通过调节气流速度及针头孔径来控制液滴的直径，因此前者可用于制备直径较小且大小相对均匀的微囊^[8]。

由于APA微囊可有效阻断由NK细胞介导的细胞毒性作用，据此有理由相信其他与细胞毒相关的细胞也无法进入微囊内，故微囊内的细胞就可免受宿主细胞的免疫攻击^[9,10]。

免疫球蛋白IgG及相对分子质量>71 ku的葡聚糖等大分子也很难能通过海藻酸钠微囊壁。免疫球蛋白IgG是目前所知的最小免疫球蛋白，而激活补体必需的成分C3的相对分子质量为195 ku，因此海藻酸钠微囊可较轻松地将C3拦截，即微囊能有效阻止体液免疫和细胞免疫2大免疫效应机制，起到高效的免疫隔离效能^{[11,12,13,14,15]}。

Klöck等^[16]通过荧光激活细胞分离法分析腹腔移植微囊化异种胰岛后的细胞免疫反应发现，移植7 d后宿主对移植物的细胞免疫反应比未微囊化的胰岛仍要强，其中巨噬细胞总数、B淋巴细胞总数和T淋巴细胞总数均明显升高，以CD3⁺ T细胞数升高的比例为著；另外，巨噬细胞活化并高表达主要组织相容性复合物Ⅱ类分子，究其原因可能与移植物排斥反应发生的时间相关，当然也不排除存在异体抗原游离出后受到微囊壁的阻挡，从而延长了其激活作用。

在微囊移植入体内的同时给予一定的免疫抑制剂可明显减轻炎症反应。运用免疫隔离的微囊化技术可将异种小鼠的胰岛移植入大鼠体内，并使大鼠的血糖维持在正常水平长达120余天^[17]；将微囊化的雪旺细胞移植入异种体内后，其分泌的营养因子抑制了Nogo-A蛋白的表达，使受损的神经得到恢复，营造了有利于神经轴突再生的微环境^[14]。

细胞因子的相对分子质量一般不超过60 ku，对多种细胞生理功能具有调节作用。有文献报道，一些能分泌如干扰素-α、肿瘤坏死因子-α的细胞容易聚集到微囊膜的周围，且多会释放以上活性物质或炎性介质，后者可进入囊内，产生生物学效应损伤或杀伤囊内细胞^[18]。其中，肿瘤坏死因子-α可由微囊膜周扩散至微囊内部，对囊内靶细胞产生杀伤作用。另外，细胞因子白细胞介素-2亦可自由进出于细胞微囊，能在某种程度上限制或干扰囊内活细胞的代谢和生长。当前，细胞微囊化技术在国内多用于离体细胞实验和实验动物模型，以上实验结果可证明细胞经微囊化后可在异体甚至异种体内存活一定的时间并发挥一定的治疗作用，且能在较长一段时间内发挥包埋细胞的生理功能和生物学效应，这为今后细胞微囊化技术应用于临床治疗相应疾病奠定了基础，亦提供了新思路。

虽然APA微囊可起到有效的免疫隔离作用，但海藻酸盐和PLL特殊的化学结构和物理特性使其具有易碎的特性，从而造成囊周纤维化；而囊周纤维化可使囊内活细胞缺血、缺氧甚至坏死，导致微囊化的效率降低，微囊的使用寿命缩短，这是限制微囊广泛应用的瓶颈之一，也是广大科研人员不可回避的难题。

国内外学者通过改进提纯方法、酶修饰以及改变微囊结构等方式对APA微囊展开了研究。其中，由一种特殊的纯化法得到的海藻酸钠可不受内毒素和其他有丝分裂源的污染且纯度更高，用其制成的微囊更稳定，扩散通透性更低，可更有效地隔离宿主免疫系统对移植物的攻击；其还具有异体或异种移植排异性更小和生物相容性更佳的优势，体外实验结果证明其并未增加淋巴细胞的有丝分裂活动^[9]。

另有科研团队证实，使用特殊工艺制得的富含甘露糖醛酸和古洛糖醛酸的细胞微囊包裹由新生猪提取的胰岛样细胞簇群，其体外及移植入异体动物的实验结果证实，富含古洛糖醛酸的细胞微囊既不会产生特异性的免疫反应，又不会发生免疫激发态引起β细胞升高；由此可得出结论，富含古洛糖醛酸的微囊同样具有良好的生物相容性和生物安全性^[19]。King等^[18]报道，海藻酸钠经酶切修饰后，可使其杀些有效位点发生改变，如甘露糖醛酸向古洛糖醛酸转化，产生了高古洛糖醛酸海藻酸钠，从而有效改善了海藻酸钠的生物相容性和生物安全性，为其今后的临床应用推进了重要的一步。Sun等^[20]在海藻酸钠微囊的内部加入了一层密度均一的纤维蛋白网状结构，不但有效改善了微囊的机械韧性和强度，还增加了微囊的稳固性和稳定性。

20世纪60年代，Chang^[21]率先提出了"人工细胞"的定义，通过使用性能良好的生物相容性材料制成细胞微囊来包裹细胞，该微囊膜壁既允许代谢产物和小分子营养物自由出入微囊，又可有效阻止大分子物质进入囊内。Basta等^[22]运用细胞微囊化技术进行了一系列关于糖尿病的研究，结果证实微囊化异种胰岛的植入可将血糖有效地维持在正常水平，而无需任何外源性胰岛的注射，为人类攻克糖尿病难关提供了新途径。APA膜微囊化异种组织细胞虽具有良好的免疫隔离效应，但存在微囊内细胞血供欠佳、囊外纤维包裹等问题，从而影响细胞的生长、代谢、增殖和产生局部纤维化等^[23,24]。上述问题的解决需要对微囊内微环境及囊内细胞生物学特性和行为进行深入研究，天津大学李刚教授课题组为此进行了一些开创性的实验尝试，为改善囊内微环境和降低囊外纤维化打下了一定的基础。此外，Ciriza等^[25]利用石墨烯进行囊材改进后可明显增强微囊内小鼠成肌细胞C2C12的活力，这对细胞的生长代谢和增殖均具有重要意义。

有文献报道，联合移植骨髓间充质干细胞和微囊化施旺氏细胞能促进心肌梗死区的血管新生，并有效改善心功能，证实联合移植具有协同效应，也为急性心肌梗死的治疗提供了新的治疗靶点和依据^[26]。另有研究报道，将微囊化的人嗜铬细胞瘤细胞放入人工脑脊液中培养，仍可使囊内细胞保持良好的生长和分泌功能，且不同患者来源的人嗜铬细胞瘤细胞均可相对稳定地分泌甲硫氨酸脑啡肽和去甲肾上腺素，故有望通过控制以上2种成分的剂量和比例，将微囊化人嗜铬细胞瘤细胞移植用于中、长期的蛛网膜下腔镇痛^[27]。

细胞微囊化作为一种十分有效的免疫隔离技术，已得到国内外学者的一致认可，将其应用于细胞移植方面既可保证小分子物质如营养物质、盐离子自由进出微囊，又可保证细胞能将其分泌的活性物质输出到微囊外发挥生物学效能；同时，微囊孔径可有效阻止大分子物质和免疫细胞进入囊内，故起到了免疫隔离的作用。此外，通过细胞微囊化技术可较好地实现药物的缓释和控释，尤其实现生物制剂如单克隆抗体、多克隆抗体药物的高效缓释和控释，这对维持药效具有重要意义。近年来随着细胞微囊化技术的日益发展和成熟，其与材料学相得益彰，在再生医学方面不断显示出强大的优势。

当前细胞微囊化技术仍多以动物实验的形式开展研究，而在临床应用较少，有待通过各种技术的应用解决其临床应用的瓶颈，最终将其应用于临床治疗中。可以预见，细胞微囊化技术成功应用于临床前需解决的问题还很多，如微囊的细胞种属、外源性基因、微囊材料的安全性和可靠性、人工细胞在疾病治疗中的效能、微囊内部细胞的代谢规律和生存曲线、微囊的最终归宿等。

随着跨学科技术的不断推进以及科研人员的不断努力，细胞微囊化技术将显示出越来越广阔的应用前景，有望用于弥补器官移植的多种局限。同时，随着基因工程技术的不断发展，转染的目的基因如何在机体内更好地发挥其生物学效能，将是今后临床医学和生物医学工程领域所面临的崭新课题之一，也是生物学领域、工程领域和临床医学领域发展的共同途径。