CH651579A5 - METHOD FOR SELECTIVELY DESTRUCTING A PERMEABLE MEMBRANE. - Google Patents

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CH651579A5
CH651579A5 CH1574/82A CH157482A CH651579A5 CH 651579 A5 CH651579 A5 CH 651579A5 CH 1574/82 A CH1574/82 A CH 1574/82A CH 157482 A CH157482 A CH 157482A CH 651579 A5 CH651579 A5 CH 651579A5
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selektiven Zerstören einer permeablen Membran, die eine Matrix aus a) mindestens einem ersten Polymer mit mehreren kationischen Gruppen und b) einem zweiten Polymer mit mehreren anionischen Gruppen und einer ersten Ladungsdichte aufweist, wobei das erste Polymer und das zweite Polymer durch Salzbrücken zwischen den anionischen und kationischen Gruppen verbunden sind, sowie die Anwendung dieses Verfahrens zum Zerstören einer permeablen Membran, die eine Mikrokapsel begrenzt, die eine lebende Zelle enthält. The invention relates to a method for the selective destruction of a permeable membrane, which has a matrix of a) at least a first polymer with several cationic groups and b) a second polymer with several anionic groups and a first charge density, wherein the first polymer and the second polymer are connected by salt bridges between the anionic and cationic groups, and the use of this method to destroy a permeable membrane that delimits a microcapsule that contains a living cell.

Die US-Patentanmeldung Nr. 24 600, die am 28. März 1979 von F. Lim eingereicht wurde, offenbart ein Mikro-einkapselungsverfahren, das angewandt werden kann, um im wesentlichen jedes beliebige feste oder flüssige Material innerhalb von semipermeablen oder praktisch nicht permeablen Kapselmembranen einzukapseln. Ein hervorragender Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Bedingungen, unter denen die Kapselmembranen gebildet werden, keine toxischen oder denaturierenden Reagentien, extremen Temperaturen oder anderen Bedingungen, die lebende Zellen schädigen, umfassen. Das erfindungemässe Verfahren ist entsprechend gut geeignet für die Herstellung von mikroeingekapselten lebenden Materialien, die lebensfähig und in gesundem Zustand bleiben. Weil das Verfahren einen gewissen Grad der Steuerung der Permeabilität der Membran erlaubt, ist es nun möglich, Zellkulturen von prokaryotischem, eukaryotischem oder anderem Ursprung derart in Mikrokapseln einzukapseln, dass die Zellen der Kultur vor verunreinigenden Bakterien, hochmolekularen Immunoglobulinen und anderen potentiell schädlichen Faktoren geschützt sind und innerhalb eines Mikromilieus eingeschlossen bleiben, das sich gut für ihre fortgesetzte Lebensfähigkeit und fortlaufenden Stoffwechselfunktionen eignet. Wenn die Mikrokapseln in einem herkömmlichen Kulturmedium suspendiert werden, das genügt, um das Wachstum der betreffenden lebenden Zellen zu unterhalten, steht es den in Mikrokapseln eingekapselten Zellen frei, Substanzen aufzunehmen, die für den Stoffwechsel erforderlich sind und die durch die Membran diffundieren, und ihre Stoffwechselprodukte durch die Kapselmembran in das umgebende Medium auszuscheiden. U.S. Patent Application No. 24,600, filed March 28, 1979 by F. Lim, discloses a microencapsulation process that can be used to remove substantially any solid or liquid material within semi-permeable or virtually impermeable capsule membranes encapsulate. An outstanding advantage of this method is that the conditions under which the capsule membranes are formed do not include toxic or denaturing reagents, extreme temperatures or other conditions that damage living cells. The method according to the invention is accordingly well suited for the production of microencapsulated living materials which remain viable and in a healthy state. Because the method allows some degree of control of membrane permeability, it is now possible to encapsulate cell cultures of prokaryotic, eukaryotic or other origin in microcapsules such that the culture cells are protected from contaminating bacteria, high molecular weight immunoglobulins and other potentially harmful factors and remain trapped within a micromilieu that is well suited to their continued viability and ongoing metabolic functions. If the microcapsules are suspended in a conventional culture medium which is sufficient to support the growth of the living cells in question, the cells encapsulated in microcapsules are free to take up substances which are necessary for the metabolism and which diffuse through the membrane and their Eliminate metabolic products through the capsule membrane into the surrounding medium.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selektiven Zerstören permeabler Membranen, die z.B. während des Mikroeinkapselungsverfahrens, das in der oben erwähnten US-Patentanmeldung dargelegt ist, synthetisiert werden, ohne dass irgendeine nachweisbare Schädigung des eingekapselten Kernmaterials eintritt. Das erfin-dungsgemässe Verfahren wird angewandt auf Membranen, die eine wasserunlösliche Matrix aufweisen, die aus mindestens zwei wasserlöslichen Komponenten gebildet ist: mindestens einem ersten Polymer, das mehrere kationische Gruppen aufweist (polykationisches Polymer, z.B. Polyäthy-lenamin); und einem zweiten Polymer mit mehreren anionischen Gruppen (polyanionisches Polymer, z.B. Natrium-alginatgummi). Die beiden Komponenten sind durch Salz5 The present invention relates to a method for selectively destroying permeable membranes, e.g. can be synthesized during the microencapsulation process set forth in the above-mentioned U.S. patent application without causing any detectable damage to the encapsulated core material. The method according to the invention is applied to membranes which have a water-insoluble matrix which is formed from at least two water-soluble components: at least a first polymer which has a plurality of cationic groups (polycationic polymer, for example polyethylene amine); and a second polymer with multiple anionic groups (polyanionic polymer, e.g., sodium alginate rubber). The two components are by salt5

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brücken zwischen den anionischen und kationischen Gruppen verbunden, um die Matrix zu bilden. bridge between the anionic and cationic groups to form the matrix.

Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst die folgenden Stufen: Man setzt Membranen des oben angegebenen Typs einer Lösung von Kationen, vorzugsweise einatomigen oder sehr niedermolekularen mehrwertigen Kationen, und mindestens einem zerstörenden Polymeren mit mehreren anionischen Gruppen aus. Vorzugsweise werden diese Lösungen miteinander gemischt. Die Ladungsdichte des zerstörenden Polymeren muss genügen, um die Salzbrücken zu zerstören, und sollte vorzugsweise gleich sein wie oder grösser als die Ladungsdichte des polyanionischen Polymeren der Membran. Man bringt die Lösung mit der Membran in Berührung, um die Kationen, z.B. Calcium oder Aluminium, mit dem polykationischen Polymeren um die anionischen Gruppen auf dem polyanionischen Polymeren konkurrieren zu lassen. Gleichzeitig konkurriert das zerstörende Polymer mit dem polyanionischen Polymeren um die kationischen Gruppen auf dem polykationischen Polymer. Dies führt zu einer «Erweichung» oder Öffnung» der Membranen. Um die Zerstörung zu Ende zu führen, werden die Kapseln, vorzugsweise nach einer Waschoperation, einem Sequestriermittel ausgesetzt, um mit dem polyanionischen Polymeren asoziierte Kationen zu sequestrieren. Die bevorzugten Sequestriermittel sind chelatbildende Mittel, wie Citrationen oder Äthylendiamintetraessigsäure-ionen. Wenn die Membranen, wie bei einer wichtigen Anwendung, lebensfähige Zellen einkapseln, wird es bevorzugt, das Sequestiermittel mit einer isotonischen Kochsalzlösung zu mischen. The process according to the invention comprises the following stages: membranes of the type indicated above are exposed to a solution of cations, preferably monatomic or very low molecular weight multivalent cations, and at least one destructive polymer with several anionic groups. These solutions are preferably mixed together. The charge density of the destructive polymer must be sufficient to destroy the salt bridges and should preferably be equal to or greater than the charge density of the polyanionic polymer of the membrane. The solution is brought into contact with the membrane to remove the cations, e.g. Calcium or aluminum, with the polycationic polymer to compete for the anionic groups on the polyanionic polymer. At the same time, the destructive polymer competes with the polyanionic polymer for the cationic groups on the polycationic polymer. This leads to a "softening" or opening of the membranes. To complete the destruction, preferably after a washing operation, the capsules are exposed to a sequestering agent to sequester cations associated with the polyanionic polymer. The preferred sequestering agents are chelating agents such as citrate ions or ethylenediaminetetraacetic acid ions. When the membranes encapsulate viable cells, as in an important application, it is preferred to mix the sequestering agent with an isotonic saline solution.

Das zur Zeit bevorzugte Kation ist Calcium. Beispiele von zerstörenden Polymeren mit mehreren anionischen Gruppen, die in der gemischten Lösung verwendet werden, sind u.a. Polysulfonsäure oder (vorzugsweise) deren Salze, die entweder natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein können. Hervorragende Ergebnisse wurden bei Verwendung von Heparin, einem natürlichen Polymer, das mehrere Sulfonatgruppen enthält, erhalten. Polymere, die Poly-phosphorsäure- oder Polyacrylsäure-Salzgruppen enthalten, können ebenfalls verwendet werden. Das zur Zeit bevorzugte Sequestriermittel ist Natriumeitrat. The currently preferred cation is calcium. Examples of destructive polymers with multiple anionic groups used in the mixed solution include Polysulfonic acid or (preferably) its salts, which can be either natural or synthetic in origin. Excellent results have been obtained using heparin, a natural polymer containing multiple sulfonate groups. Polymers containing poly-phosphoric acid or polyacrylic acid salt groups can also be used. The currently preferred sequestering agent is sodium citrate.

Die Erfindung ermöglicht auch die Freisetzung von lebensfähigen Zellen, die innerhalb eines Milieus schützend eingekapselt sind. Somit steht eine Art Verpackung zur Verfügung, die lebende Zellkulturen von beliebigem Ursprung in einem sterilen, stabilisierenden Milieu hält, in dem sie den normalen Stoffwechsel und sogar eine Mitose erfahren können und aus dem sie anschliessend freigesetzt werden können. The invention also enables the release of viable cells that are encapsulated in a protective environment. A kind of packaging is thus available that keeps living cell cultures of any origin in a sterile, stabilizing environment, in which they can experience normal metabolism and even mitosis and from which they can then be released.

Die Erfindung ermöglicht somit innerhalb permeabler Membranen eingekapselte lebende Zellen durch selektive Zerstörung der Membranen freizusetzen. Weiter ermöglicht die Erfindung das selektive Zerstören von Membranen, und zwar ohne Schädigung von angrenzendem lebendem Gewebe, sowie das Freisetzen von eingekapselten feinzerteilten Materialien, Flüssigkeiten und Lösungen. The invention thus enables living cells encapsulated within permeable membranes to be released by selective destruction of the membranes. The invention further enables the selective destruction of membranes, without damaging adjacent living tissue, and the release of encapsulated, finely divided materials, liquids and solutions.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum selektiven Zerstören von Membranen wird auf Membranen angewandt, die aus einer Matrix aus durch Salzbrücken verbundenen polykationischen Polymeren und polyanionischen Polymeren besteht. Gewöhnlich haben die Membranen eine sphä-roide Form, die ein Inneres, das eine eingekapselte Substanz enthält, begrenzen. Das Verfahren kann aber auch auf Membranen dieses Typs angewandt werden, die keine sphäroide Form haben. The method according to the invention for the selective destruction of membranes is applied to membranes which consist of a matrix of polycationic polymers and polyanionic polymers connected by salt bridges. The membranes are usually spheroidal in shape, delimiting an interior containing an encapsulated substance. The method can also be applied to membranes of this type that are not spheroidal in shape.

Obgleich im wesentlichen jedes beliebige Material (das mit wässrigen Milieus verträglich ist) in flüssiger oder fester Form eingekapselt und anschliessend mittels des erfindungs- Although essentially any material (which is compatible with aqueous environments) is encapsulated in liquid or solid form and then by means of the

gemässen Verfahrens freigesetzt werden kann, wird als wichtigste Anwendungsmöglichkeit zur Zeit das Vermögen angesehen, eingekapselte lebende Systeme, wie Zellkulturen, freizusetzen. Die Beschreibung wird in erster Linie auf eine Diskussion der Einkapselung und Freisetzung von Zellen gerichtet. Für den Fachmann ist es ohne Schwierigkeiten möglich, das Verfahren im Zusammenhang mit der Einkapselung von weniger empfindlichen Materialien abzuwandeln. can be released according to the process, the most important application is currently considered to be the ability to release encapsulated living systems, such as cell cultures. The description is primarily directed to a discussion of cell encapsulation and release. It is readily possible for those skilled in the art to modify the process in connection with the encapsulation of less sensitive materials.

Das einzukapselnde Gewebe oder die einzukapselnden Zellen können in einem wässrigen Medium suspendiert werden, das für die Erhaltung und die Aufrechterhaltung des fortlaufenden Stoffwechselprozesses des betreffenden speziellen Zelltyps geeignet ist. Für diesen Zweck geeignete Medien sind dem Fachmann gut bekannt und können häufig im Handel erhalten werden. Der durchschnittliche Durchmesser der Zellmasse oder des einzukapselnden anderen Materials kann in grossem Umfang zwischen einigen Mikrometern und einem Millimeter oder mehr variieren. Lan-gerhans-Inseln aus Säugetieren haben zum Beispiel im typischen Falle einen Durchmesser von 50 bis 200 p.m. Gewebebruchstücke und einzelne Zellen, die Fibroblasten, Leukozyten, Lymphoblastoide, pankreatische ß- oder a-oder 5-Zellen, Langerhans-Inseln, Hepatozyten oder Zellen anderer Gewebe können nach Wunsch eingekapselt werden. Auch Mikroorganismen können eingekapselt werden, einschliesslich solcher, die durch rekombinierende DNS oder auf andere Weise genetisch modifiziert worden sind. The tissue or cells to be encapsulated can be suspended in an aqueous medium suitable for maintaining and maintaining the ongoing metabolic process of the particular cell type in question. Media suitable for this purpose are well known to those skilled in the art and can often be obtained commercially. The average diameter of the cell mass or other material to be encapsulated can vary widely between a few micrometers and a millimeter or more. For example, Lan gerhans islets from mammals typically have a diameter of 50 to 200 p.m. Tissue fragments and individual cells, the fibroblasts, leukocytes, lymphoblastoids, pancreatic β or a or 5 cells, Langerhans islands, hepatocytes or cells of other tissues can be encapsulated as desired. Microorganisms can also be encapsulated, including those that have been genetically modified by recombinant DNA or otherwise.

Die fortlaufende Lebensfähigkeit derartiger lebender Materialien hängt unter anderem von der Zugänglichkeit der erforderlichen Nährstoffe, von der Sauerstoffübertragung, von dem Fehlen von toxischen Substanzen in dem Medium und dem pH-Wert des Mediums ab. Bisher was es nicht möglich, ein derartiges lebendes Material in einem physiologisch verträglichen Milieu zu halten, während man es gleichzeitig einkapselte. Das Problem lag darin, dass die für die Membranbildung erforderlichen Bedingungen für das Gewebe tödlich oder schädlich waren; vor der Erfindung der oben genannten US-Patentanmeldung war kein Verfahren der Membranbildung bekannt, das es dem Gewebe ermöglichte, in gesundem Zustand zu überleben. The continued viability of such living materials depends, among other things, on the accessibility of the required nutrients, on the oxygen transfer, on the absence of toxic substances in the medium and on the pH of the medium. So far, it has not been possible to keep such a living material in a physiologically acceptable environment while encapsulating it. The problem was that the conditions required for membrane formation were lethal or harmful to the tissue; prior to the invention of the above-referenced U.S. patent application, no method of membrane formation was known to enable the tissue to survive in a healthy condition.

Es wurde nun gefunden, dass die oben erwähnten wasserlöslichen Polymere, die mit lebendem Gewebe physiologisch verträglich sind und unter Bildung einer formbeständigen, zusammenhängenden Masse wasserunlöslich gemacht werden können, zur Bildung einer «zeitweiligen» Kapsel oder Schutzsperrschicht um einzelne Zellen, Gruppen von Zellen oder Gewebe herum verwendet werden können. Eine solche Substanz kann, im typischen Falle in einer Konzentration in der Grössenordnung von 1 bis 2 Gew.-%, zu dem Kulturmedium des Gewebes zugesetzt werden. Die Lösung kann dann in Tröpfchen übergeführt werden, die das Gewebe zusammen mit seinem Erhaltungs- oder Wachstumsmedium enthalten, und kann sofort, mindestens in einer Oberflächenschicht, wasserunlöslich gemacht und geliert werden. Danach können die formbeständigen zeitweiligen Kapseln mit einer weniger zeitweiligen Membran versehen werden, die anschliessend erfindungsgemäss selektiv zerstört werden kann, um das eingekapselte Gewebe ohne Schädigung freizusetzen. Wenn es das zur Bildung der zeitweiligen Kapseln verwendete Material erlaubt, kann das Innere der Kapsel nach Bildung der permanenten Membran wieder verflüssigt werden. Dies erfolgt z.B. durch Wiederherstellung der Bedingungen in dem Medium, unter denen das Material löslich ist. It has now been found that the above-mentioned water-soluble polymers, which are physiologically compatible with living tissue and can be rendered water-insoluble to form a dimensionally stable, coherent mass, for the formation of a "temporary" capsule or protective barrier layer around individual cells, groups of cells or tissues can be used around. Such a substance can, typically in a concentration of the order of 1 to 2% by weight, be added to the culture medium of the tissue. The solution can then be converted into droplets which contain the tissue together with its maintenance or growth medium and can be immediately rendered water-insoluble and gelled, at least in one surface layer. The dimensionally stable temporary capsules can then be provided with a less temporary membrane, which can then be selectively destroyed according to the invention in order to release the encapsulated tissue without damage. If the material used to form the temporary capsules permits, the interior of the capsule can be liquefied again after the permanent membrane has been formed. This is done e.g. by restoring the conditions in the medium under which the material is soluble.

Das für die Bildung der zeitweiligen Kapseln verwendete Material kann ein beliebiges nicht toxisches, wasserlösliches Material sein, das durch eine Änderung des umgeben5 The material used to form the temporary capsules can be any non-toxic, water-soluble material surrounded by a change in the5

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den ionischen Milieus oder der Konzentration in eine formbeständige Masse übergeführt werden kann. Das Material weist ebenfalls mehrere, leicht ionisierbare anionische Gruppen, z.B. Carboxylgruppen, auf, die durch Salzbildungsbildung mit Polymeren, die mehrere kationische Gruppen enthalten, zu reagieren vermögen. Wie unten erläutert wird, ermöglicht ein Material dieses Typs die Abscheidung einer permanenten Membran mit einer vorgegebenen Permeabilität (einschliesslich einer solchen Permeabilität, dass die Membran für Molekulargewichte in der Grössenordnung von mehreren 100 000 Dalton nicht porös ist). the ionic milieu or the concentration can be converted into a dimensionally stable mass. The material also has several easily ionizable anionic groups, e.g. Carboxyl groups, which are able to react by salt formation with polymers which contain several cationic groups. As explained below, a material of this type enables the deposition of a permanent membrane with a given permeability (including such permeability that the membrane is non-porous for molecular weights on the order of several hundred thousand daltons).

Das zur Zeit bevorzugte polyanionische Material für die Bildung der zeitweiligen Kapsel sind saure, wasserlösliche, natürliche oder synthetische Polysaccharidgummis. Viele derartige Materialien sind im Handel erhältlich. Sie werden im typischen Falle aus pflanzlichem Material extrahiert und werden häufig als Additive für verschiedene Nahrungsmittel verwendet. Natriumalginat ist das zur Zeit bevorzugte anionische Polymer. Alginate mit Molekulargewichten im Bereich von mehr als 150 000 Dalton können zwar verwendet werden, aber wegen ihrer molekularen Abmessungen vermögen sie gewöhnlich nicht durch die am Ende gebildeten Kapselmembranen hindurchzutreten. Um Kapseln . ohne eingeschlossenes flüssiges Alginat herzustellen, können Alginate mit niedrigerem Molekulargewicht, z.B. 40 000 bis 80 000 Dalton, verwendet werden. Das Alginat kann dann durch Diffusion durch eine Membran mit ausreichender Porosität leichter aus dem Inneren der Kapseln entfernt werden. Andere verwendbare polyanionische Gummis sind saure Fraktionen von Guargummi, Carrageenan, Pektin, Tragantgummi oder Xanthangummi. The currently preferred polyanionic material for the formation of the temporary capsule are acidic, water-soluble, natural or synthetic polysaccharide gums. Many such materials are commercially available. They are typically extracted from plant matter and are often used as additives in various foods. Sodium alginate is the currently preferred anionic polymer. Alginates with molecular weights in the range of more than 150,000 daltons can be used, but because of their molecular dimensions they usually cannot pass through the capsule membranes formed in the end. To capsules. without producing trapped liquid alginate, lower molecular weight alginates, e.g. 40,000 to 80,000 Daltons can be used. The alginate can then be more easily removed from the interior of the capsules by diffusion through a membrane with sufficient porosity. Other polyanionic gums that can be used are acidic fractions of guar gum, carrageenan, pectin, tragacanth or xanthan gum.

Diese Materialien enthalten durch Glycosidbindungen verknüpfte Saccharidketten. Ihre freien Säuregruppen liegen häufig in der Alkalimetallsalzform, z.B. in der Natriumform, vor. Wenn ein mehrwertiges Ion, wie Calcium, Strontium oder Aluminium, gegen das Alkalimetallion ausgetauscht wird, werden die flüssigen, wasserlöslichen Poly-saccharidmoleküle unter Bildung.von wasserunlöslichen formbeständigen Gelen «vernetzt», die durch Entfernung der Ionen durch Ionenaustausch und mittels eines Sequestriermittels wieder löslich gemacht werden können. Obgleich im wesentlichen beliebige mehrwertige Ionen, die mit dem sauren Gummi ein Salz zu bilden vermögen, brauchbar sind, werden vorzugsweise physiologisch verträgliche Ionen, z.B. Calcium, verwendet. Dies trägt dazu bei, das Gewebe im lebenden Zustand zu halten. Andere mehrwertige Kationen können für weniger empfindliches Material verwendet werden. Magnesiumionen bewirken keine Gelierung von Natriumalginat. These materials contain saccharide chains linked by glycoside bonds. Their free acid groups are often in the alkali metal salt form, e.g. in the sodium form. When a polyvalent ion, such as calcium, strontium or aluminum, is exchanged for the alkali metal ion, the liquid, water-soluble polysaccharide molecules are "crosslinked" to form water-insoluble, dimensionally stable gels, which are soluble again by removing the ions by ion exchange and using a sequestering agent can be made. Although essentially any polyvalent ions capable of forming a salt with the acidic gum are useful, physiologically acceptable ions, e.g. Calcium. This helps to keep the tissue alive. Other multivalent cations can be used for less sensitive material. Magnesium ions do not cause sodium alginate to gel.

Eine Lösung mit typischer Zusammensetzung umfasst gleiche Volumen einer Zellsuspension in ihrem Medium und einer 1- oder 2% igen Lösung von Gummi in physiologischer Kochsalzlösung. Bei Verwendung von Natriumalginat wurde eine 1,2- bis l,6%ige Lösung mit Erfolg verwendet. A solution with a typical composition comprises equal volumes of a cell suspension in its medium and a 1 or 2% solution of gum in physiological saline. When using sodium alginate, a 1.2 to 1.6% solution was used successfully.

In der nächsten Stufe des Einkapselungsprozesses kann die Gummilösung, die das Gewebe enthält, zu Tröpfchen mit einer gewünschten Grösse, die genügt, um die einzukapselnden Zellen zu umhüllen, verformt werden. Danach können die Tröpfchen sofort geliert werden, um formbeständige sphärische oder sphäroide Massen zu bilden. Die Tropfenbildung kann in bekannter Weise ausgeführt werden. In the next stage of the encapsulation process, the gum solution that contains the tissue can be deformed into droplets of a desired size sufficient to encase the cells to be encapsulated. The droplets can then be gelled immediately to form dimensionally stable spherical or spheroidal masses. The drop formation can be carried out in a known manner.

Man verfährt z.B. folgendermassen: One proceeds e.g. as follows:

Ein Röhrchen, das eine wässrige Lösung von mehrwertigen Kationen, z.B. 1,5% ige Calciumchloridlösung, enthält, wird mit einem Stopfen versehen, der einen Tropfenbildungsapparat enthält. Der Apparat umfasst ein Gehäuse mit einer oberen Luftaufnahmedüse und einen langgestreckten hohlen Körper, der durch Reibungskräfte in dem A tube containing an aqueous solution of polyvalent cations, e.g. Contains 1.5% calcium chloride solution, is provided with a stopper that contains a drop forming apparatus. The apparatus includes a housing with an upper air intake nozzle and an elongated hollow body which is caused by frictional forces in the

Stopfen befestigt ist. Eine 10 ml-Spritze, die mit einer Fortschaltpumpe versehen ist, wird oben auf das Gehäuse montiert, wobei zum Beispiel eine mit Teflon beschichtete Nadel mit 0,25 mm Innendurchmesser in Längsrichtung durch das Gehäuse hindurchreicht. Das Innere des Gehäuses ist so konstruiert, dass die Spitze der Nadel einen konstanten laminaren Luftstrom, der als Luftmesser wirkt, ausgesetzt ist. Beim Gebrauch ist die Spritze mit einer Lösung, die das einzukapselnde Material enthält, gefüllt und wird die Fortschaltpumpe betätigt, um in Inkrementen Tröpfchen aus der Spitze der Nadel zu pressen. Jeder Tropfen wird durch den Luftstrom «abgeschnitten» und fällt ungefähr 2,5 cm in die Calciumchloridlösung hinab, wo er durch Absorption von Calciumionen sofort geliert wird. Der Abstand zwischen der Spitze der Nadel und der Oberfläche der Calciumchloridlösung ist in diesem Falle genügend gross, um es zu ermöglichen, dass die Natriumalginat/Zell-Suspension die physikalisch günstigste Form, nämlich eine Kugelform (maximales Volumen für minimale Oberfläche) annimt. Die Luft innerhalb des Röhrchens tritt durch eine Öffnung im Stopfen aus. Dies führt zur «Vernetzung» des Gels und zur Bildung einer hochviskosen, formbeständigen schützenden zeitweiligen Kapsel, die das suspendierte Gewebe und sein Medium enthält. Die Kapseln sammeln sich in der Lösung als getrennte Phase an und werden durch Absaugen abgetrennt. Stopper is attached. A 10 ml syringe, which is equipped with a indexing pump, is mounted on top of the housing, for example, a Teflon-coated needle with an inside diameter of 0.25 mm extends lengthways through the housing. The interior of the housing is designed so that the tip of the needle is exposed to a constant laminar flow of air that acts as an air knife. In use, the syringe is filled with a solution containing the material to be encapsulated and the indexing pump is operated to incrementally force droplets out of the tip of the needle. Each drop is "cut off" by the air flow and falls approximately 2.5 cm into the calcium chloride solution, where it is immediately gelled by absorption of calcium ions. In this case, the distance between the tip of the needle and the surface of the calcium chloride solution is sufficiently large to enable the sodium alginate / cell suspension to assume the physically most favorable shape, namely a spherical shape (maximum volume for minimum surface). The air inside the tube exits through an opening in the stopper. This leads to the "crosslinking" of the gel and the formation of a highly viscous, dimensionally stable, protective temporary capsule which contains the suspended tissue and its medium. The capsules accumulate in the solution as a separate phase and are removed by suction.

In der nächsten Stufe des Einkapselungsprozesses kann durch Vernetzung von Oberflächenschichten eine Membran um die Oberfläche der zeitweiligen Kapseln herum abgeschieden werden. Dies erfolgt, wenn man die zeitweiligen Kapseln, die Polyanionen enthalten, einer wässrigen Lösung eines Polymeren aussetzt, das kationische Gruppen enthält, die mit den anionischen funktionellen Gruppen in dem polyanionischen Polymer reaktionsfähig sind. Polymere, die reaktionsfähige kationische Gruppen, wie freie Amin-gruppen oder Kombinationen von Amin- und Imingruppen, enthalten, werden bevorzugt. In dieser Situation wird der Polysaccharidgummi durch Wechselwirkung (Salzbindungsbildung) zwischen den Carboxylgruppen und den Amin- bzw. Imingruppen des polykationischen Polymeren vernetzt. Vorteilhafterweise kann die Permeabilität innerhalb gewisser Grenzen gesteuert werden, indem man das Molekulargewicht des verwendeten vernetzenden Polymeren auswählt und die Einwirkungszeit und die Konzentration des Polymeren in der Lösung variiert. Eine Lösung von Polymer mit niedrigem Molekulargewicht dringt innerhalb eines gegebenen Zeitraums weiter in die zeitweiligen Kapseln ein als ein hochmolekulares Polymer. Der Grad des Eindringens des vernetzenden Polymeren wurde mit der resultierenden Permeabilität ins Verhältnis gesetzt. Im allgemeinen ist die Porengrösse umso grösser, je höher das Molekulargewicht und je geringer die Eindringung ist. Längere Einwirkungszeiten und konzentriertere Polymerlösungen neigen dazu, die Obergrenze der Permeabilität der Membran herabzusetzen. Jedoch ist das durchschnittliche Molekulargewicht des Polymeren der wichtigste Faktor. Allgemein können Polymere mit einem Molekulargewicht im Bereich von 10 000 bis 100 000 Dalton oder mehr verwendet werden, und zwar in Abhängigkeit von der Reaktionsdauer, der Konzentration der Polymerlösung und dem gewünschten Grad der Permeabilität. Eine erfolgreiche Kombination von Reaktionsbedingungen bei Verwendung von Polylysin mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ca. 35 000 Dalton umfasste die Reaktion während 3 Minuten unter Rühren einer physiologischen Kochsalzlösung, die 0,0167% Polylysin enthielt. Dies führt zu Membranen mit einer Obergrenze der Permeabilität von ca. 100 000 Dalton. Im allgemeinen bilden höhermolekulare Materialien Membranen, In the next stage of the encapsulation process, a membrane can be deposited around the surface of the temporary capsules by crosslinking surface layers. This is done by exposing the temporary capsules containing polyanions to an aqueous solution of a polymer containing cationic groups that are reactive with the anionic functional groups in the polyanionic polymer. Polymers containing reactive cationic groups such as free amine groups or combinations of amine and imine groups are preferred. In this situation, the polysaccharide rubber is cross-linked by interaction (salt bond formation) between the carboxyl groups and the amine or imine groups of the polycationic polymer. The permeability can advantageously be controlled within certain limits by selecting the molecular weight of the crosslinking polymer used and varying the exposure time and the concentration of the polymer in the solution. A solution of low molecular weight polymer penetrates further into the temporary capsules than a high molecular weight polymer within a given period of time. The degree of penetration of the crosslinking polymer was related to the resulting permeability. In general, the larger the molecular weight and the less penetration, the larger the pore size. Longer exposure times and more concentrated polymer solutions tend to lower the upper limit of the permeability of the membrane. However, the average molecular weight of the polymer is the most important factor. In general, polymers with a molecular weight in the range of 10,000 to 100,000 Daltons or more can be used depending on the reaction time, the concentration of the polymer solution and the desired degree of permeability. A successful combination of reaction conditions using polylysine with an average molecular weight of approximately 35,000 daltons involved the reaction for 3 minutes while stirring a physiological saline solution containing 0.0167% polylysine. This leads to membranes with an upper permeability limit of approximately 100,000 daltons. In general, higher molecular weight materials form membranes

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die sich im Vergleich zu niedrigermolekularen Materialien schwerer zerstören lassen. Die Ladungsdichte des vernetzenden polykationischen Polymeren beeinflusst auch die Poren-grösse und die Leichtigkeit der Zerstörung der Membran. Im allgemeinen bilden Materialien mit höherer Ladungsdichte weniger poröse Membranen, die sich schwerer zer-v stören lassen. Die optimalen Reaktionsbedingungen, die fur die Steuerung der Permeabilität in einem gegebenen System geeignet sind, können im Hinblick auf die vorstehenden Richtlinien leicht empirisch festgelegt werden. which are more difficult to destroy than low molecular weight materials. The charge density of the cross-linking polycationic polymer also influences the pore size and the ease of destruction of the membrane. Generally, higher charge density materials form less porous membranes that are more difficult to disrupt. The optimal reaction conditions suitable for controlling permeability in a given system can easily be determined empirically in light of the above guidelines.

Beispiele von geeigneten vernetzenden Polymeren sind Proteine und Polypeptide, die entweder natürlich oder synthetisch sein können und freie Aminogruppen oder Kombinationen von Amino- und Iminogruppen aufweisen, Poly-äthylenamine, Polyäthylenimine und Polyvinylamine. Polylysin, sowohl in der D- als auch in der L-Form, wurde mit Erfolg verwendet. Auch Proteine, wie Polyarginin, Polyci-trullin oder Polyornithin, sind verwendbar. Polymere mit einer positiven Ladungsdichte im höheren Bereich (z.B. Po-lyvinylamin) haften stark an den anionischen Gruppen der polyanionischen Moleküle und lassen sich schwerer zerstören. Examples of suitable crosslinking polymers are proteins and polypeptides, which can either be natural or synthetic and have free amino groups or combinations of amino and imino groups, polyethyleneamines, polyethylenimines and polyvinylamines. Polylysine, in both the D and L forms, has been used successfully. Proteins such as polyarginine, polycitrulline or polyornithine can also be used. Polymers with a positive charge density in the higher range (e.g. polyvinylamine) adhere strongly to the anionic groups of the polyanionic molecules and are more difficult to destroy.

An diesem Punkt des Einkapselungsverfahrens können Kapseln gesammelt werden, die eine «permanente» semipermeable Membran aufweisen, die eine gelierte Lösung von Gummi, mit dem Zelltyp verträgliches Kulturmedium und die Zellen umgibt. Wenn man lediglich bezweckt, die Zellen in einem schützenden Medium zu konservieren, brauchen keine weiteren Schritte unternommen zu werden. At this point in the encapsulation process, capsules can be collected that have a "permanent" semipermeable membrane that surrounds a gelled solution of gum, culture medium compatible with the cell type, and the cells. If the sole purpose is to preserve the cells in a protective medium, no further steps need to be taken.

Wenn aber die Massenübertragung innerhalb der Kapseln und durch die Membranen hindurch begünstigt werden soll, wird das Gel vorzugsweise wieder zu seiner wasserlöslichen Form verflüssigt. Dies kann geschehen, indem man die Bedingungen, unter denen das Gummi flüssig ist, wiederherstellt, z.B. indem man das Calcium oder die anderen mehrwertigen Kationen aus dem Gel entfernt. Das Medium in der Kapsel kann einfach wieder löslich gemacht werden, indem man die Kapseln in mit Phosphat gepufferte Kochsalzlösung eintaucht, die Alkalimetallionen und Wasserstoffionen enthält. Die einwertigen Ionen tauschen sich gegen die Calciumionen oder anderen mehrwertigen Ionen innerhalb des Gummis aus, wenn die Kapseln unter Rühren in die Lösung eingetaucht werden. Natriumcitratlösungen können für den gleichen Zweck verwendet werden und dienen dazu, die mehrwertigen Ionen zu sequestrieren. Gummimoleküle mit einem Molekulargewicht unterhalb der Obergrenze der Permeabilität der Membranen können anschliessend durch Diffusion aus dem Inneren der Kapseln entfernt werden. However, if the mass transfer within the capsules and through the membranes is to be promoted, the gel is preferably liquefied again to its water-soluble form. This can be done by restoring the conditions under which the rubber is liquid, e.g. by removing the calcium or other multivalent cations from the gel. The medium in the capsule can be easily solubilized by immersing the capsules in phosphate buffered saline containing alkali metal ions and hydrogen ions. The monovalent ions exchange for the calcium ions or other multivalent ions within the gum when the capsules are immersed in the solution with stirring. Sodium citrate solutions can be used for the same purpose and serve to sequester the polyvalent ions. Rubber molecules with a molecular weight below the upper limit of the permeability of the membranes can then be removed from the interior of the capsules by diffusion.

Schliesslich kann es erwünscht sein, die Kapseln so zu behandeln, dass freie Aminogruppen oder dergleichen, die andernfalls den Kapseln eine Neigung zum Verklumpen verleihen könnten, zu verknüpfen. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem man die Kapseln in eine verdünnte Lösung von Natriumalginat eintaucht. Finally, it may be desirable to treat the capsules so that free amino groups or the like, which might otherwise give the capsules a tendency to clump, are linked. This can be done, for example, by immersing the capsules in a dilute solution of sodium alginate.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass keine scharfen Reagentien, extremen Temperaturen oder anderen Bedingungen, die für die Gesundheit und Lebensfähigkeit der Zellen schädlich sind, in dem Membranbildungspro-zess angewandt zu werden brauchen. Somit können sogar empfindliche Zellen, wie Hepatozyten, Leukozyten, Fibroblasten, Lymphoblasten und Zellen aus verschiedenen endokrinen Geweben von Menschen oder Säugetieren, ohne Schwierigkeiten eingekapselt werden. Natürlich können auch Zellen von mikrobiellem Ursprung, wie Hefen, Schimmelpilze und Bakterien, die besser dafür ausgerüstet sind, in feindlichen Milieus zu überleben, sowie inerte Reagentien, From the foregoing, it can be seen that no harsh reagents, extreme temperatures or other conditions that are detrimental to the health and viability of the cells need to be used in the membrane formation process. Thus, even sensitive cells such as hepatocytes, leukocytes, fibroblasts, lymphoblasts and cells from various endocrine tissues of humans or mammals can be encapsulated without difficulty. Of course, cells of microbial origin, such as yeast, mold and bacteria, which are better equipped to survive in hostile environments, as well as inert reagents,

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Feststoffe oder biologisch aktive Materialien ohne Schädigung eingekapselt werden. Solids or biologically active materials are encapsulated without damage.

Eingekapselte Zellen des oben beschriebenen Typs können zur Aufbewahrung oder Züchtung in Erhaltungsmedien oder Wachstumsmedien suspendiert werden und bleiben frei von bakteriellen Infektionen. Wenn Zellen, die in vitro eine Mitose erfahren, in einem Züchtungsmedium suspendiert sind, erfahren sie auch eine Mitose in den Kapseln. Der normale in vitro-Stoffwechsel läuft weiter ab, sofern die für die Stoffwechselprozesse erforderlichen Faktoren ein so niedriges Molekulargewicht haben, dass sie die Kapselmembran durchdringen können, oder wenn sie zusammen mit den Zellen eingekapselt werden. Stoffwechselprodukte der Zellen durchdringen die Membran und sammeln sich in dem Medium an, wenn sie ein Molekulargewicht unterhalb der oberen Grenze der Permeabilität haben. Die Zellen können in eingekapselter Form nach Wunsch aufbewahrt, transportiert oder gezüchtet werden und können ohne Schädigung mittels des nachstehend beschriebenen Verfahrens zum selektiven Zerstören der Membranen aus ihrem schützenden Milieu freigesetzt werden. Encapsulated cells of the type described above can be suspended in maintenance media or growth media for storage or cultivation and remain free from bacterial infections. When cells that undergo mitosis in vitro are suspended in growth media, they also experience mitosis in the capsules. Normal in vitro metabolism continues if the factors required for the metabolic processes are so low in molecular weight that they can penetrate the capsule membrane or if they are encapsulated together with the cells. Metabolic products of the cells penetrate the membrane and accumulate in the medium if they have a molecular weight below the upper limit of permeability. The cells can be stored, transported or grown in encapsulated form as desired and can be released from their protective environment without damage using the method described below to selectively destroy the membranes.

Erfindungsgemäss wird das eingekapselte Material mittels eines zweistufigen Verfahrens unter Verwendung im Handel erhältlicher Reagentien mit Eigenschaften, die die eingekapselten Zellen nicht in nachteiliger Weise beeinflussen, freigesetzt. According to the invention, the encapsulated material is released by a two-step process using commercially available reagents with properties that do not adversely affect the encapsulated cells.

Man verfährt z.B. folgendermassen: One proceeds e.g. as follows:

Zuerst werden die Kapseln von ihrem Suspendiermedium abgetrennt, gründlich gewaschen, um alle etwaigen Verunreinigungen zu entfernen, und dann unter Rühren in getrennten Lösungen oder vorzugsweise in einer gemischten Lösung von Kationen, wie Calciumionen oder anderen einatomigen oder niedermolekularen mehrwertigen Kationen, und einem zerstörenden Polymer mit mehreren anionischen Resten, wie Polysulfonsäuregruppen, dispergiert. Polymere, die Polyphosphorsäure- oder Polyacrylsäurereste enthalten, können ebenfalls verwendet werden. Heparin, ein natürliches, sulfoniertes Polysaccharid, wird zum Zerstören der Zellen enthaltenden Membranen bevorzugt. Die Ladungsdichte des zerstörenden Polymeren muss genügen, um die Salzbrücken zu zerstören. Somit kann die anionische Ladungsdichte gleich wie oder vorzugsweise grösser als die Ladungsdichte des inneren polyanionischen Polymeren (z.B. des Gummis) sein, das ursprünglich für die Bildung der Membranen verwendet wurde. Das Molekulargewicht des zerstörenden Polymeren sollte mindestens vergleichbar mit und vorzugsweise grösser als das Molekulargewicht des inneren polykationischen Polymeren sein, das bei der Bildung der Membran verwendet wurde. Innerhalb der Suspension konkurrieren die Calciumionen mit dem inneren polykationischen Polymeren, das die Membran bildet, um anionische Gruppen auf dem polyanionischen Polymeren. Gleichzeitig konkurriert das zerstörende Polymer, das in der Lösung gelöst ist, mit dem polyanionischen Gummi in der Membran um kationische Gruppen auf dem polykationischen Polymer. Dies führt zu einem in Wasser dispergier-baren oder vorzugsweise wasserlöslichen Komplex von zum Beispiel Polylysin und dem polyanionischen Polymeren und zur Assoziierung der Kationen mit den Gelmolekülen. First, the capsules are separated from their suspending medium, washed thoroughly to remove any contaminants, and then with stirring in separate solutions or, preferably, in a mixed solution of cations such as calcium ions or other monatomic or low molecular weight cations and a destructive polymer dispersed several anionic residues, such as polysulfonic acid groups. Polymers containing polyphosphoric acid or polyacrylic acid residues can also be used. Heparin, a natural, sulfonated polysaccharide, is preferred for destroying the membranes containing cells. The charge density of the destructive polymer must be sufficient to destroy the salt bridges. Thus, the anionic charge density can be equal to, or preferably greater than, the charge density of the inner polyanionic polymer (e.g., the rubber) that was originally used to form the membranes. The molecular weight of the destructive polymer should be at least comparable to, and preferably greater than, the molecular weight of the inner polycationic polymer that was used in forming the membrane. Within the suspension, the calcium ions compete with the inner polycationic polymer that forms the membrane for anionic groups on the polyanionic polymer. At the same time, the destructive polymer dissolved in the solution competes with the polyanionic rubber in the membrane for cationic groups on the polycationic polymer. This leads to a water-dispersible or preferably water-soluble complex of, for example, polylysine and the polyanionic polymer and to association of the cations with the gel molecules.

Durch diese Operation wird die Membran geeignet für die anschliessende Einwirkung eines Sequestriermittels, das den Zerstörungsprozess zu Ende führt, indem es 2- oder 3-wertige Ionen aus dem Gel sequestriert. Im typischen Falle können Rückstände der Kapselmembran, die in dem Medium verbleiben, falls vorhanden, leicht von den Zellen getrennt werden. This operation makes the membrane suitable for the subsequent action of a sequestering agent, which brings the destruction process to an end by sequestering 2- or 3-valent ions from the gel. Typically, capsule membrane residues remaining in the medium, if present, can be easily separated from the cells.

Die zur Zeit bevorzugte Lösung für die erste Stufe des selektiven Zerstörungsprozesses umfasst l,l%iges (Gew./ The currently preferred solution for the first stage of the selective destruction process comprises 1.1% (w / w

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Vol.) Calciumchlorid und 500 bis 1500 Einheiten Heparin pro ml Lösung. Ein Volumen von Mikrokapseln, das genügt, um zwischen ca. 20 und 30% des Gesamtvolumens der Suspension zu bilden, wird zu dieser Lösung zugesetzt. Calciumchlorid und Heparin werden bevorzugt, wenn Membranen von Zellen enthaltenden Kapseln zerstört werden, da beide Reagentien mit den meisten Zellen physiologisch verträglich sind und die Möglichkeit der Zellschädigung minimieren. Gemische von Aluminiumsalzen und Salzen anderer mehrwertiger Kationen (aber keine Magnesiumionen) können ebenfalls zusammen mit dem Polysulfonsäure- oder anderen Säuresalz des oben erläuterten Typs verwendet werden. Vol.) Calcium chloride and 500 to 1500 units of heparin per ml of solution. A volume of microcapsules sufficient to form between about 20 and 30% of the total volume of the suspension is added to this solution. Calcium chloride and heparin are preferred when membranes of capsules containing cells are destroyed because both reagents are physiologically compatible with most cells and minimize the possibility of cell damage. Mixtures of aluminum salts and salts of other polyvalent cations (but no magnesium ions) can also be used together with the polysulfonic acid or other acid salt of the type discussed above.

Im allgemeinen können die Konzentrationen der Ionen und des anionischen Polymeren in der in dieser Stufe verwendeten Lösung innerhalb weiter Grenzen schwanken. Die optimalen Konzentrationen können leicht empirisch festgestellt werden. Die niedrigste wirksame Konzentration für einen speziellen Ansatz von eingekapselten Zellen wird bevorzugt. In general, the concentrations of ions and anionic polymer in the solution used in this step can vary within wide limits. The optimal concentrations can easily be determined empirically. The lowest effective concentration for a particular batch of encapsulated cells is preferred.

Das zur Zeit bevorzugte Sequestriermittel zur Ausführung der selektiven Zerstörung ist Natriumeitrat, obgleich auch andere Alkalimetallcitrate und Alkalimetallsalze der Äthylendiamintetraessigsäure verwendet werden können. Wenn Natriumeitrat verwendet wird, liegt die optimale Konzentration in der Grössenordnung von 55 mMol pro Liter. Wenn die Kapselmembranen, die zerstört werden, lebensfähiges Gewebe enthalten, wird das Citrat vorzugsweise in isotonischer Kochsalzlösung gelöst, um die Zellschädigung zu minimieren. The currently preferred sequestering agent for carrying out the selective destruction is sodium citrate, although other alkali metal citrates and alkali metal salts of ethylenediaminetetraacetic acid can also be used. When sodium citrate is used, the optimal concentration is on the order of 55 mmol per liter. If the capsule membranes that are destroyed contain viable tissue, the citrate is preferably dissolved in isotonic saline to minimize cell damage.

Die Beispiele 5 bis 8 erläutern die Erfindimg. Die Beispiele 1 bis 4 beziehen sich auf die durch die Erfindung nicht beanspruchte Kapselbildung und die Beispiele 5 bis 8 auf die erfindungsgemässe Zerstörung der Membranen. Examples 5 to 8 illustrate the invention. Examples 1 to 4 relate to the capsule formation not claimed by the invention and Examples 5 to 8 relate to the destruction of the membranes according to the invention.

Beispiel 1 Einkapselung von Pankreasgewebe Example 1 Encapsulation of Pancreatic Tissue

Langerhans-Inseln werden aus Rattenpankreas erhalten und in einer Konzentration von annäherungsweise 103 Inseln pro Milliliter zu einem kompletten Gewebekulturmedium (CMRL-1969, Connaught Laboratories, Toronto, Canada) gegeben. Die Gewebekultur enthält alle Nährstoffe, die für die fortgesetzte Lebensfähigkeit der Inseln erforderlich sind, sowie die Amiriosäuren, die von den Zellen zur Herstellung von Hormonen verwendet werden. 0,4 ml einer Inselsuspension, die annäherungsweise 103 Inseln pro Milliliter enthält, werden dann zu 0,5 ml einer l,2%igen Lösung von Natriumalginat (Sigma Chemical Company) in physiologischer Kochsalzlösung hinzugefügt. Langerhans islets are obtained from rat pancreas and added at a concentration of approximately 103 islets per milliliter to a complete tissue culture medium (CMRL-1969, Connaught Laboratories, Toronto, Canada). The tissue culture contains all the nutrients necessary for the continued viability of the islands, as well as the amino acids that are used by the cells to produce hormones. 0.4 ml of an island suspension containing approximately 103 islands per milliliter is then added to 0.5 ml of a 1.2% solution of sodium alginate (Sigma Chemical Company) in physiological saline.

Dann wird eine 1,5% ige Calciumchloridlösung verwendet, um Tröpfchen mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von 300 bis 400 [im zu gelieren. Nachdem die überstehende Lösung durch Absaugen entfernt worden ist, werden die gelierten Tröpfchen in ein Becherglas übergeführt, das 15 ml einer Lösung enthält, die 1 Teil einer 2%igen 2-(Cyclohexylamino)-äthansulfonsäure-Pufferlösung in 0,6 %iger Kochsalzlösung (isotonisch, pH = 8,2), verdünnt mit 20 Teilen 1 %igem Calciumchlorid, enthält. Nach 3mi-nütigem Eintauchen werden die Kapseln zweimal mit 1 %-igem Calciumchlorid gewaschen. Then a 1.5% calcium chloride solution is used to gel droplets with a diameter of the order of 300 to 400 µm. After the supernatant solution has been removed by suction, the gelled droplets are transferred to a beaker containing 15 ml of a solution containing 1 part of a 2% 2- (cyclohexylamino) -ethanesulfonic acid buffer solution in 0.6% saline solution ( isotonic, pH = 8.2), diluted with 20 parts of 1% calcium chloride. After immersion for 3 minutes, the capsules are washed twice with 1% calcium chloride.

Die Kapseln werden dann in 32 ml einer Lösung von 1 Teil 1 %igem Polylysin (durchschnittliches Molekulargewicht 35 000 Atommasseneinheiten) in 80 Teilen physiologischer Kochsalzlösung übergeführt. Nach 3 Minuten wird die Polylysinlösung dekantiert. Die Kapseln werden mit l%igem Calciumchlorid gewaschen und gegebenenfalls nochmals 3 Minuten lang in einer Lösung von Polyäthylen- The capsules are then transferred to 32 ml of a solution of 1 part of 1% polylysine (average molecular weight 35,000 atomic mass units) in 80 parts of physiological saline. After 3 minutes, the polylysine solution is decanted. The capsules are washed with 1% calcium chloride and if necessary again for 3 minutes in a solution of polyethylene

imin (Molekulargewicht 40 000 bis 60 000) suspendiert, die durch Verdünnung einer 3,3%igen Polyäthylenimin-Vorratslösung in Morpholinopropansulfonsäurepuffer (0,2 molar, pH = 6) mit so viel l%igem Calciumchlorid, dass 5 sich eine Endpolymerkonzentration von 0,12% ergibt, hergestellt wurde. Die resultierenden Kapseln mit «permanenten» semipermeablen Membranen werden dann zweimal mit l%igem Calciumchlorid und zweimal mit physiologischer Kochsalzlösung gewaschen und mit 10 ml 0,12%iger io Alginsäurelösung gemischt. imine (molecular weight 40,000 to 60,000) suspended by diluting a 3.3% polyethyleneimine stock solution in morpholinopropanesulfonic acid buffer (0.2 molar, pH = 6) with so much 1% calcium chloride that 5 has a final polymer concentration of 0 , Results in 12%. The resulting capsules with "permanent" semipermeable membranes are then washed twice with 1% calcium chloride and twice with physiological saline and mixed with 10 ml 0.12% io alginic acid solution.

Die Kapseln klumpen nicht zusammen, und bei vielen kann man feststellen, dass sie Langerhans-Inseln enthalten. Das Gel an der Innenseite der Kapseln wird wieder verflüssigt, indem man die Kapseln 5 Minuten lang in ein Geis misch aus Kochsalzlösung und Citratpuffer (pH = 7,4) eintaucht. Schliesslich werden die Kapseln im CMLR-69-Me-dium eingetaucht. The capsules do not clump together, and many can be seen to contain Langerhans Islands. The gel on the inside of the capsules is liquefied again by immersing the capsules in a Geis mixture of saline and citrate buffer (pH = 7.4) for 5 minutes. Finally, the capsules are immersed in the CMLR-69 medium.

Unter dem Mikroskop stellt man fest, dass die Kapseln eine dünne Membran aufweisen, die eine Insel einschliesst, 20 in der einzelne Zellen sichtbar sind. Moleküle mit einem Molekulargewicht bis ca. 100 000 können die Membranen durchqueren. Dies ermöglicht es, dass Sauerstoff, Aminosäuren, Nährstoffe und Plasmakomponenten, die in Kulturmedien verwendet werden (z.B. die niedermolekularen Kom-25 ponenten von fötalem Kälberserum), die Insel erreichen und dass Insulin ausgeschieden wird. Under the microscope, it is found that the capsules have a thin membrane that encloses an island 20 in which individual cells are visible. Molecules with a molecular weight of up to approx. 100,000 can cross the membranes. This allows oxygen, amino acids, nutrients and plasma components used in culture media (e.g. the low molecular weight components of fetal calf serum) to reach the island and insulin to be excreted.

Beispiel 2 Einkapselung von Hepatozyten Example 2 Encapsulation of Hepatocytes

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Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, wobei aber 0,5 ml einer Leberzellensuspension, die ca. 105 Zellen pro ml enthält, anstelle der 0,4 ml Inselsuspension verwendet werden. Die fortlaufende Lebensfähigkeit der Le-35 berzellen wurde durch die Farbstoffausschlussmethode (Trypanblau-Ausschluss) und durch ihre beobachtete Fähigkeit, kontinuierlich Harnstoff zu erzeugen, bewiesen. Es ist bekannt, dass Lebergewebe in vitro Toxine aus seiner Umgebung aufnehmen kann. Dementsprechend werden 40 Toxine, deren Molekulargewicht so niedrig ist, dass sie durch die semipermeablen Membranen hindurchtreten, The procedure of Example 1 is repeated, but using 0.5 ml of a liver cell suspension containing approx. 105 cells per ml instead of the 0.4 ml island suspension. The continued viability of liver 35 cells was demonstrated by the dye exclusion method (trypan blue exclusion) and by their observed ability to continuously produce urea. It is known that liver tissue can absorb toxins from its environment in vitro. Accordingly, 40 toxins, the molecular weight of which is so low that they pass through the semipermeable membranes,

durch die Zellen entgiftet. detoxified by the cells.

Beispiel 3 Example 3

45 Einkapselung von Aktivkohle 45 Encapsulation of activated carbon

Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, wobei aber feinteilige Aktivkohle direkt in der Natriumalginatlö-sung suspendiert wird, die halbe ml Gewebesuspension so weggelassen wird und Polylysin mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 35 000 als Vernetzer verwendet wird. Solange die Kohlepartikel kleiner sind als der kleinste Innendurchmesser der Kapillare, die zur Erzeugung der Tröpfchen verwendet wird, wird Aktivkohle mit 55 hoher spezifischer Oberfläche, die von einer semipermeablen Membran umgeben ist, erhalten. Diese Membranen verhindern wirksam das Entweichen von Aktivkohlestückchen oder -staub, können aber trotzdem verwendet werden, um Materialien mit jedem beliebigen vorgegebenen Mole-60 kulargewichtbereich aus durch die Kapseln geleiteter Flüssigkeit zu absorbieren. The procedure of Example 1 is repeated, but finely divided activated carbon is suspended directly in the sodium alginate solution, the half ml of tissue suspension is omitted and polylysine with an average molecular weight of 35,000 is used as the crosslinking agent. As long as the carbon particles are smaller than the smallest inside diameter of the capillary used to generate the droplets, activated carbon with a high specific surface area, which is surrounded by a semipermeable membrane, is obtained. These membranes effectively prevent the escape of activated carbon pieces or dust, but can still be used to absorb materials of any given molecular weight range from liquid passed through the capsules.

Beispiel 4 Example 4

Einkapselung von menschlichen Fibroblasten Encapsulation of human fibroblasts

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Menschliche Fibroblasten, die erhalten wurden durch Behandlung von menschlichem Vorhautgewebe mit Trypsin und Äthylendiamintetraessigsäure während 5 Minuten bei Human fibroblasts obtained by treating human foreskin tissue with trypsin and ethylenediaminetetraacetic acid for 5 minutes

37°C in bekannter Weise, werden in einem kompletten Wachstumsmedium (CMLR-1969, Connaught Laboratories), ergänzt mit 40 Vol.-% gereinigtem fötalem Kälberserum, 0,8% Natriumalginat (Sigma) und 200 mg /ml gereinigtem Kälberhautkollagen, suspendiert. Die Zelldichte der Suspension beträgt ca. 1,5 X 107 Zellen pro ml. Zeitweilige Algi-natkapseln werden wie oben angegeben gebildet. In Oberflächenschichten der Kapseln werden semipermeable Membranen abgeschieden, indem man die Kapseln in einer 0,005% igen (Gew./Vol.) wässrigen Lösung von Poly-L-Ly-sin (Molekulargewicht 43 000 Dalton) 3 Minuten lang suspendiert. 37 ° C. in a known manner are suspended in a complete growth medium (CMLR-1969, Connaught Laboratories), supplemented with 40% by volume of purified fetal calf serum, 0.8% sodium alginate (Sigma) and 200 mg / ml of purified calf skin collagen. The cell density of the suspension is approximately 1.5 × 10 7 cells per ml. Temporary alginate capsules are formed as indicated above. Semipermeable membranes are deposited in surface layers of the capsules by suspending the capsules in a 0.005% (w / v) aqueous solution of poly-L-Ly-sin (molecular weight 43,000 Daltons) for 3 minutes.

Die resultierenden Kapseln werden in CMLR-1969, das mit 10% fötalem Kälberserum ergänzt ist, suspendiert. Die vorstehenden Stufen werden alle bei 37°C ausgeführt. Nach Bebrütung bei der gleichen Temperatur findet man bei Untersuchung der Kapseln unter dem Mikroskop, dass sie Fi-brolasten enthalten, die innerhalb der Mikrokapseln eine Mitose erfahren haben und eine dreidimensionale fibroblastische Morphologie zeigen. The resulting capsules are suspended in CMLR-1969 supplemented with 10% fetal calf serum. The above steps are all carried out at 37 ° C. After incubation at the same temperature, when the capsules are examined under a microscope, they are found to contain fibroplasts that have undergone mitosis within the microcapsules and show a three-dimensional fibroblastic morphology.

Beispiel 5 Example 5

Mikrokapseln aus einem der Beispiele 1 bis 4 können folgendermassen behandelt werden, um die Kapselmembranen ohne Schädigung des eingekapselten Kernmaterials selektiv zu zerstören. Microcapsules from one of Examples 1 to 4 can be treated as follows in order to selectively destroy the capsule membranes without damaging the encapsulated core material.

Man lässt Portionen von 10 ml der Mikrokapselsuspen-sionen, die ca. 500 bis 5000 Kapseln pro ml enthalten, Portions of 10 ml of the microcapsule suspensions containing approximately 500 to 5000 capsules per ml are allowed

sich absetzen und saugt das Suspensionsmedium ab. Die Kapseln werden zweimal mit Kochsalzlösung gewaschen. Die gewaschenen Kapseln werden dann mit einem aliquoten Teil von 3,0 ml Kochsalzlösung gemischt, die Heparin in verschiedenen Konzentrationen, die weiter unten angegeben werden, und 1,1% (Gew. /Vol.) Calciumchlorid enthalten. Nach der Ausführung dieser Stufe zeigen Kapseln, in denen Alginat eingeschlossen ist, einen gelierten, formbeständigen inneren Kern. Die Suspension wird 10 Minuten lang bei 37°C gerührt, wonach man die Kapseln sich absetzen lässt, die überstehende Flüssigkeit absaugt und die Kapseln zweimal mit 3,0 ml 0,15-molarem Natriumchlorid wäscht. Nach dem Absaugen der zweiten Waschlösung werden die Kapseln mit 2,0 ml einer gemischten Lösung gemischt, die gleiche Volumen 110-mmolares Na-triumcitrat und 0,15-molares Natriumchlorid enthalten (pH = 7,4). settle and sucks off the suspension medium. The capsules are washed twice with saline. The washed capsules are then mixed with an aliquot of 3.0 ml of saline containing heparin in various concentrations, indicated below, and 1.1% (w / v) calcium chloride. After completing this stage, capsules containing alginate will show a gelled, dimensionally stable inner core. The suspension is stirred at 37 ° C. for 10 minutes, after which the capsules are allowed to settle, the supernatant is suctioned off and the capsules are washed twice with 3.0 ml of 0.15 molar sodium chloride. After the second wash solution has been suctioned off, the capsules are mixed with 2.0 ml of a mixed solution which contain the same volume of 110 mmol sodium citrate and 0.15 mol sodium chloride (pH = 7.4).

651579 651579

Kapselmembranen, die mit 1000 Einheiten Heparin pro ml behandelt und in der Natriumchlorid-Natriumcitrat-Lösung 1 Minute lang verwirbelt worden waren, waren vollständig zerfallen. Das gleiche Ergebnis wird mit Kapseln erzielt, die mit 2 000 Einheiten Heparin pro ml 2 Minuten lang behandelt und dann 15 bis 30 Sekunden lang mit der Hand verwirbelt worden sind. Niedrigere Heparin-konzentrationen werden bevorzugt, da die Möglichkeit der Zellschädigung abnimmt. Capsule membranes treated with 1000 units of heparin per ml and swirled in the sodium chloride-sodium citrate solution for 1 minute were completely disintegrated. The same result is achieved with capsules which have been treated with 2,000 units of heparin per ml for 2 minutes and then swirled by hand for 15 to 30 seconds. Lower heparin concentrations are preferred because the possibility of cell damage decreases.

Nach der Auflösung der Membranen können alle etwa vorhandenen Membranbruchstücke durch Absaugen und Waschen entfernt werden. Nachdem die freigesetzten Zellen wieder in Kulturmedium suspendiert worden sind, können sie mittels der Tryptanblau-Ausschlussmethode getestet werden, wobei man feststellt, dass sie in einem gesunden, lebensfähigen Zustand vorliegen, wobei verhältnismässig wenige Zellen Farbstoffaufnahme zeigen. After the membranes have dissolved, any existing membrane fragments can be removed by suction and washing. After the released cells have been resuspended in culture medium, they can be tested using the tryptan blue exclusion method, which is found to be in a healthy, viable state with relatively few cells showing dye uptake.

Beispiel 6 Example 6

Gemäss Beispiel 3 hergestellte Kapseln werden nach dem Waschen 6 Minuten lang unter Rühren mit 3,0 ml einer Lösung, die 1000 Einheiten Heparin pro ml und 1,0% Aluminiumchlorid enthält, behandelt. Nach dem Absaugen der überstehenden Flüssigkeit wird das Kernmaterial freigesetzt, indem man die Kapseln 30 bis 90 Sekunden lang mit einer 0,1-molaren Lösung von Natriumeitrat verwirbelt. After washing, capsules produced according to Example 3 are treated with 3.0 ml of a solution containing 1000 units of heparin per ml and 1.0% aluminum chloride with stirring for 6 minutes. After the supernatant has been aspirated, the core material is released by swirling the capsules with a 0.1 molar solution of sodium citrate for 30 to 90 seconds.

Beispiel 7 Example 7

Die Verfahrensweise von Beispiel 6 wird wiederholt, wobei aber 0,10-molares Äthylendiamintetraessigsäure-natrium-salz mit einem pH-Wert von 7,0 anstelle des Natriumeitrats verwendet wird, wobei eine schnelle Zerstörung der Kapselmembranen resultiert. The procedure of Example 6 is repeated, except that 0.10 molar sodium ethylenediaminetetraacetic acid sodium salt with a pH of 7.0 is used instead of the sodium citrate, resulting in rapid destruction of the capsule membranes.

Beispiel 8 Example 8

Gemäss Beispiel 3 hergestellte Kapseln werdennach dem Waschen mit 3,0 ml einer wässrigen Lösung behandelt, die 10 mg Polyvinylsulfat (Molekulargewicht annähernd 50 000 Dalton) pro ml und 1 % Calciumchlorid enthält. Die Nachbehandlung mit 0,10-molarem Natriumeitrat führt zu einer praktisch vollständigen Auflösung der Kapseln. Capsules made according to Example 3 are washed after washing with 3.0 ml of an aqueous solution containing 10 mg of polyvinyl sulfate (molecular weight approximately 50,000 Daltons) per ml and 1% calcium chloride. The aftertreatment with 0.10 molar sodium citrate leads to a practically complete dissolution of the capsules.

7 7

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

V V

Claims (10)

651579651579 1. Verfahren zum selektiven Zerstören einer permeablen Membran, die eine Matrix aus mindestens einem ersten Polymer mit mehreren kationischen Gruppen und einem zweiten Polymer mit mehreren anionischen Gruppen und einer ersten Ladungsdichte aufweist, wobei das erste Polymer und das zweite Polymer durch Salzbrücken zwischen den anionischen und kationischen Gruppen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass man 1. A method of selectively destroying a permeable membrane having a matrix of at least a first polymer with a plurality of cationic groups and a second polymer with a plurality of anionic groups and a first charge density, the first polymer and the second polymer being bridged between the anionic and cationic groups, characterized in that one A. die Membran einer Lösung von Kationen und mindestens einem zerstörenden Polymer mit mehreren anioni-schen Gruppen aussetzt, wobei das zerstörende Polymer eine Ladungsdichte hat, die genügt, um die Salzbrücken zu zerstören; A. exposing the membrane to a solution of cations and at least one destructive polymer with several anionic groups, the destructive polymer having a charge density sufficient to destroy the salt bridges; B. die Kationen mit dem ersten Polymer um die anionischen Gruppen auf den zweiten Polymer konkurrieren lässt und das zerstörende Polymer mit dem zweiten Polymer um die kationischen Gruppen auf dem ersten Polymer konkurrieren lässt; und B. allows the cations to compete with the first polymer for the anionic groups on the second polymer and the destructive polymer with the second polymer to compete for the cationic groups on the first polymer; and C. mit dem zweiten Polymer assoziierte Kationen nach der Stufe B sequestriert. C. Sequenced cations associated with the second polymer after step B. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Sequestrierungsstufe (C) ausführt, indem man die Membranen einer Lösung aussetzt, die ein chelatbil-dendes Mittel, das vorzugsweise aus Citrationen und Äthy-lendiamintetraessigsäureionen gewählt ist, enthält. 2. The method according to claim 1, characterized in that one carries out the sequestering step (C) by exposing the membranes to a solution which contains a chelating agent, which is preferably selected from citrate ions and ethylenediaminetetraacetic acid ions. 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Polymer mehrere Aminogruppen enthält. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the first polymer contains several amino groups. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Polymer ein saurer wasserlöslicher Gummi, vorzugsweise ein Alginat, ist. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the second polymer is an acidic water-soluble rubber, preferably an alginate. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als zerstörendes Polymer Heparin und als Kationen Calciumionen verwendet. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that heparin is used as the destructive polymer and calcium ions are used as cations. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Polymer ein solches ausgewählt aus der Gruppe a) Proteine, die mehrere Aminosäureeinheiten mit freien Aminogruppen aufweisen; 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the first polymer is selected from group a) proteins which have several amino acid units with free amino groups; b) Proteine, die mehrere Aminosäureeinheiten mit freien Iminogruppen aufweisen; b) proteins which have several amino acid units with free imino groups; c) Polypeptide, die mehrere Aminosäureeinheiten mit freien Aminogruppen aufweisen; c) polypeptides which have several amino acid units with free amino groups; d) Polypeptide, die mehrere Aminosäureeinheiten mit freien Iminogruppen aufweisen; d) polypeptides which have several amino acid units with free imino groups; e) Polyvinylamine; e) polyvinylamines; f) Polyäthylenimine; f) polyethyleneimines; g) Polyäthylenamine; und h) Gemische davon; g) polyethylene amines; and h) mixtures thereof; ist. is. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das zerstörende Polymer wählt aus a) Polysulfonsäuren; 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that one selects the destructive polymer from a) polysulfonic acids; b) Polyphosphorsäuren; b) polyphosphoric acids; c) Salzen davon, vorzugsweise Polysulfonsäuresalzen; c) salts thereof, preferably polysulfonic acid salts; und d) Gemischen davon. and d) mixtures thereof. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsdichte des zerstörenden Polymers mit mehreren anionischen Gruppen grösser ist als die erste Ladungsdichte. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the charge density of the destructive polymer having a plurality of anionic groups is greater than the first charge density. 9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Zerstören einer permeablen Membran, die eine Mikrokapsel begrenzt, die eine lebende Zelle enthält. 9. Application of the method according to any one of claims 1 to 8 for destroying a permeable membrane which delimits a microcapsule which contains a living cell. 10. Anwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Polymer ein Protein und das zweite Polymer ein wasserlöslicher Gummi, insbesondere ein Na-triumalginat, ist und dass man als Kationen Calciumionen und als zerstörendes Polymer mit mehreren anionischen Gruppen Heparin verwendet, wobei man die Sequestrierungsstufe vorzugsweise mit einer Lösung von Citrat in einer mit der Zelle physiologisch verträglichen Lösung ausführt. 10. Use according to claim 9, characterized in that the first polymer is a protein and the second polymer is a water-soluble rubber, in particular a sodium alginate, and that calcium ions are used as cations and heparin is used as the destructive polymer with several anionic groups, wherein the sequestering step is preferably carried out with a solution of citrate in a solution which is physiologically compatible with the cell.
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