——“你的細胞都養在哪里呀？"

——“都在塑料的培養皿里呢。"

    你知道嗎？目前細胞大都是在細胞培養板或細胞培養瓶中進(jìn)行二維平面培養。由于二維細胞生長(cháng)環(huán)境與體內3D細胞生長(cháng)環(huán)境差距較大，因此2D培養無(wú)法提供高質(zhì)量的細胞用于后續研究和應用。此外，由于二維培養細胞擴增還會(huì )受到2D平面表面積的限制（即細胞的生長(cháng)接觸限制），需要頻繁采用胰酶消化進(jìn)行細胞傳代，導致細胞培養擴增工作繁瑣。胰酶消化還會(huì )影響細胞的質(zhì)量。采用3D細胞培養支架，可以再較長(cháng)期間內無(wú)需胰酶消化，而進(jìn)行細胞的3D擴增，從而大大提高細胞的質(zhì)量和提高細胞的培養效率。

    將貼壁細胞培養在二維平面上，是科學(xué)家們過(guò)去迫不得已的無(wú)奈選擇，這種無(wú)奈選擇使細胞離開(kāi)了較為適合其生長(cháng)分化的體內環(huán)境，并調整自己方能重新適應新的二維環(huán)境。因此，傳統的2D單層細胞培養物很難恰當地反映出細胞在體內的生物學(xué)形狀或特征，進(jìn)而可能造成細胞結構和組織功能的缺失。

三維（3D）細胞培養技術(shù)能夠更好地模擬生物體內細胞存活的自然環(huán)境，其自然條件可保持細胞間相互作用和更逼真的生化和生理反應。在3D環(huán)境中，細胞對內源性和外源性刺激（如溫度、pH、營(yíng)養吸收、轉運和分化等方面的改變）應答更接近于它們在體內的反應。再生醫學(xué)的力量為理解發(fā)育、老化和組織年輕化等許多有趣的細胞進(jìn)程提供了方法，了解生物學(xué)中這些有趣過(guò)程的方法就是研究與生物體非常相似的模型系統，這使得3D細胞培養成為定不可少的研究工具。

    目前已有研究表明3D細胞培養具有改變增殖和形態(tài)、更能揭示真實(shí)的藥物反應、捕獲表型異質(zhì)性、正確反應基因表達和細胞行為、模擬腫瘤微環(huán)境等特征。

1. 細胞吸附和伸展的程度

    2D培養中，細胞只在接觸面單側吸附，許多細胞逐步扁平化，有的分裂異常，有的喪失分化表型；3D培養中，細胞的整個(gè)表面都可吸附，建立起類(lèi)似體內的的細胞-基質(zhì)與細胞-細胞間相互作用。

2. 細胞的極性

    極性對組織的結構和活性分子的定向分泌很重要。像Transwell這種可通透支持物，是體外重建具有活體極性和分泌功能的上皮細胞3D模型的有用工具。

3. 基因表達和mRNA剪切

    黑色素瘤細胞3D培養基因上調的模式和在體內的腫瘤中一致；而2D培養時(shí)會(huì )展現出與上面不同的*基因表達模式。細胞培養方式還會(huì )影響到整合素mRNA的表達和蛋白的生物合成。

    3D細胞培養的主要方法有：依賴(lài)支架的固體支架技術(shù)、水凝膠技術(shù)，以及不依賴(lài)支架的低粘附力培養皿/板、懸滴板、旋轉生物發(fā)生器、磁性3D生物打印。

    3D細胞培養應用最多的是低粘附力培養皿/板。低粘附力培養皿/板的表面覆蓋一層帶負電荷的親水性聚合物，加入細胞后通過(guò)細胞間的互動(dòng)可自然形成立體球狀。形成的細胞球內具有氧氣、營(yíng)養物質(zhì)、代謝廢物的濃度梯度，能夠模擬固態(tài)組織的多個(gè)特性，是研究實(shí)體瘤發(fā)生和干細胞分化重要的3D生理模型。

低粘附平面

另一類(lèi)是運用水凝膠。水凝膠是水膨脹性的高分子網(wǎng)絡(luò )，被設計用來(lái)模擬復雜的細胞外微環(huán)境。水凝膠由水、ECM蛋白和生長(cháng)因子組成。用于三維細胞培養的第一代水凝膠是從小鼠肉瘤細胞基底膜提取的ECM聚合物，新一代的合成、混合或基于多肽的材料則可以制備滿(mǎn)足特定需求的培養環(huán)境，為每個(gè)細胞和應用需求提供最合適的選擇。

    還有一種較為主流的方式是利用3D細胞培養支架。支架可提供一種物理支撐，細胞可以進(jìn)入支架生長(cháng)和行使功能?？紫斗植?、暴露平面區域和孔隙度具有關(guān)鍵作用，其數量和分布會(huì )影響細胞滲透入支架的效率，而依據不同的制作工藝，支架具有不同的結構、隨機或定制的孔隙分布。

    不同3D細胞培養技術(shù)都各有優(yōu)勢和不足，因此在選擇合適的3D細胞培養系統時(shí)需要考慮多方面因素，比如要解決的問(wèn)題或研究目的、實(shí)驗模型、細胞類(lèi)型、技術(shù)可實(shí)現性、下游分析方法和樣品數量等。