3D細胞培養(yǎng)，又稱三維細胞培養(yǎng)，是將細胞培植在一定的細胞外基質(zhì)中，細胞外基質(zhì)蛋白充當生長支架，使細胞能夠分化產(chǎn)生一定的三維組織特異性結(jié)構(gòu)，其所建立的細胞生長環(huán)境則可最大程度模擬體內(nèi)環(huán)境。

目前大多數(shù)科研工作者都還在用培養(yǎng)皿或培養(yǎng)瓶養(yǎng)細胞，在這種培養(yǎng)方式下，細胞的生長是平面的、二維的，即2D細胞培養(yǎng)。此培養(yǎng)方法雖應(yīng)用廣泛，但也屢遭詬病，在平面培養(yǎng)中細胞的生長方式、形態(tài)、分化、功能等與體內(nèi)生理條件下存在明顯差異。3D細胞培養(yǎng)為細胞提供更加接近體內(nèi)生存條件的微環(huán)境，能夠更好地模擬生理狀態(tài)。從而獲得與體內(nèi)實驗更加一致的實驗結(jié)果。隨著一些新的3D細胞培養(yǎng)技術(shù)在生物相關(guān)性、使用便利性和通量上的改進，3D細胞培養(yǎng)在基礎(chǔ)研究和藥物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用越來越廣泛。

3D培養(yǎng)中最常用方法是將細胞包封在水凝膠中，水凝膠為交聯(lián)的天然基質(zhì)材料的松散支架結(jié)構(gòu)，例如瓊脂糖，纖維蛋白，膠原蛋白或具有高含水量的透明質(zhì)酸。水凝膠支架在液態(tài)時包裹細胞，固態(tài)時形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，細胞粘附力強，有良好的水分、養(yǎng)分交換。水凝膠在體外最常用于腫瘤細胞誘導(dǎo)血管生成模型。

水凝膠支架主要有三大優(yōu)點：

1、產(chǎn)品組成靈活。完全透明的凝膠可以實時觀察細胞的動向，不同的凝膠產(chǎn)品組合方式可以構(gòu)成不同的3D細胞培養(yǎng)環(huán)境。

2、操作簡單，控制自如。實驗者可調(diào)節(jié)水凝膠的凝膠硬度，同時還可自行添加生物活性分子，該技術(shù)對細胞無任何傷害。

3、應(yīng)用范圍廣闊。水凝膠技術(shù)可用于細胞培養(yǎng)、標記和顯微觀察等多個方面。細胞可在凝膠內(nèi)及上面培養(yǎng)、可以進行活細胞的觀察，還可對細胞進行原位固定。

不依賴支架的3D細胞培養(yǎng)

貼壁細胞的天然特性就是易于聚集，并在有阻礙其貼附到培養(yǎng)底面時自發(fā)形成球體。常見的球體包括胚胎小體、乳腺球、腫瘤球、肝細胞球、神經(jīng)球等。常見的制備3D細胞球的無支架方法有：超低吸附表面的微孔板、懸滴法、旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)和磁力懸浮法。

細胞球內(nèi)部具有氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)、代謝廢物的濃度梯度，能夠模擬固態(tài)組織的多個特性，是研究實體瘤發(fā)生和干細胞分化的重要3D生理模型。同時，相比更復(fù)雜的3D模型，細胞球可以很方便地通過光學(xué)、熒光、共聚焦顯微鏡或高內(nèi)涵系統(tǒng)等進行成像分析，同時更容易實現(xiàn)大小均一的大規(guī)模細胞球培養(yǎng)，適用于高通量篩選。

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