Invited paper

Applied Physics A

, Volume 89, Issue 4, pp 909-922

Hydrogel-based encapsulation of biological, functional tissue: fundamentals, technologies and applications

  • H. ZimmermannAffiliated withAbteilung Kryobiophysik & Kryotechnologie, Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik Email author 
  • , F. EhrhartAffiliated withAbteilung Kryobiophysik & Kryotechnologie, Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik
  • , D. ZimmermannAffiliated withAbteilung für Biophysikalische Chemie, Max-Planck-Institut für Biophysik
  • , K. MüllerAffiliated withLehrstuhl für Biotechnologie, Biozentrum, Universität Würzburg
  • , A. Katsen-GlobaAffiliated withAbteilung Kryobiophysik & Kryotechnologie, Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik
  • , M. BehringerAffiliated withLehrstuhl für Biotechnologie, Biozentrum, Universität Würzburg
  • , P.J. FeilenAffiliated withSchwerpunkt Endokrinologie und Stoffwechselerkrankungen, Medizinische Klinik und Poliklinik, Universitätsklinik Mainz
  • , P. GessnerAffiliated withLehrstuhl für Biotechnologie, Biozentrum, Universität Würzburg
  • , G. ZimmermannAffiliated withLehrstuhl für Biotechnologie, Biozentrum, Universität Würzburg
    • , S.G. ShirleyAffiliated withAbteilung Kryobiophysik & Kryotechnologie, Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik
    • , M.M. WeberAffiliated withSchwerpunkt Endokrinologie und Stoffwechselerkrankungen, Medizinische Klinik und Poliklinik, Universitätsklinik Mainz
    • , J. MetzeAffiliated withFachbereich Bioprozesstechnik, Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.
    • , U. ZimmermannAffiliated withLehrstuhl für Biotechnologie, Biozentrum, Universität Würzburg

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Abstract

Replacing dysfunctional endocrine cells or tissues (e.g. islets, parathyroid tissue) by functional, foreign material without using immunosuppressives could soon become reality. Immunological reactions are avoided by encapsulating cells/tissues in hydrogel (e.g. alginate) microcapsules, preventing interaction of the enclosed material with the host’s immune system while permitting the unhindered passage of nutrients, oxygen and secreted therapeutic factors. Detailed investigations of the physical, physico-chemical and immunological parameters of alginate-based microcapsules have led recently to the development of a novel class of cell-entrapping microcapsules that meet the demands of biocompatibility, long-term integrity and function. This together with the development of ‘good medical practice’ microfluidic chip technology and of advanced cryopreservation technology for generation and storage of immunoisolated transplants will bring cell-based therapy to clinics and the market.