你知道嗎？細胞在平面上生長是人為且不自然的，因為這與細胞能夠以最佳狀態(tài)進行旺盛生長的體內(nèi)環(huán)境并不相同。所以，傳統(tǒng)的2D單層細胞培養(yǎng)物很難恰當?shù)胤从吵黾毎捏w內(nèi)生長環(huán)境，進而可能造成細胞結(jié)構(gòu)和組織功能的缺失。

    三維（3D）細胞培養(yǎng)技術(shù)能夠更好地模擬生物體內(nèi)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(yīng)。在3D環(huán)境中，細胞對內(nèi)源性和外源性刺激（如溫度、pH、營養(yǎng)吸收、轉(zhuǎn)運和分化等方面的改變）應(yīng)答更接近于它們在體內(nèi)的反應(yīng)。再生醫(yī)學的力量為理解發(fā)育、老化和組織年輕化等許多有趣的細胞進程提供了方法，了解生物學中這些有趣過程的唯一方法就是研究與生物體非常相似的模型系統(tǒng)，這使得3D細胞培養(yǎng)成為必不可少的研究工具。

    3D細胞培養(yǎng)技術(shù)使諸多科研工作者從中受益。在過去十年里，研究人員不斷開發(fā)出更多3D細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，從而可以在體外保持細胞的天然3D結(jié)構(gòu)，改善細胞培養(yǎng)環(huán)境，輔助它們生長于更接近體內(nèi)的環(huán)境條件中。

    那么小編來考考你，目前都有哪些3D細胞培養(yǎng)技術(shù)呢？一起來看一下吧！
    3D細胞培養(yǎng)技術(shù)有很多，但總結(jié)起來可分為3類：

    第1類：3D水凝膠

    基本原理：

    水凝膠是水膨脹性的高分子網(wǎng)絡(luò)，被設(shè)計用來模擬復雜的細胞外微環(huán)境。水凝膠由水、ECM蛋白和生長因子組成。用于三維細胞培養(yǎng)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制備滿足特定需求的培養(yǎng)環(huán)境，為每個細胞和應(yīng)用需求提供最合適的選擇。

    技術(shù)舉例：

    1.1 天然水凝膠

    ECM凝膠：從小鼠肉瘤細胞基底膜提取的天然ECM，可提供非常豐富的營養(yǎng)，與細胞的發(fā)育具有高度兼容性。ECM的主要組分是層粘連蛋白、IV型膠原、蛋白多糖硫酸乙酰肝素和巢蛋白。這種水凝膠聚合物可通過20-40℃熱激活，凝膠化過程也是可逆的（蛋白質(zhì)濃度：8-12mg/ml）。

    MaxGel胞外基質(zhì)：MaxGel人細胞外基質(zhì)源于體外培養(yǎng)的細胞基底膜，含有可預測的低水平內(nèi)源生長因子，更適合需要更明確和特征再造BME的應(yīng)用，最終可降低實驗的可變性。MaxGel人細胞外基質(zhì)（ECM）含有多種細胞外基質(zhì)成分，包括膠原蛋白、層粘蛋白、纖連蛋白、腱生蛋白、彈性蛋白以及大量的蛋白聚糖及粘多糖等。用于細胞培養(yǎng)的ECM可以高效地重現(xiàn)上皮細胞與間質(zhì)在皮膚發(fā)育及器官型細胞培養(yǎng)過程中的協(xié)同作用。MaxGel可以促進細胞生長和遷移，已被證實可以促進多種類型細胞的增殖，包括神經(jīng)干細胞、神經(jīng)細胞、神經(jīng)膠質(zhì)細胞。

    Cultrex3-D培養(yǎng)工具： 3-D Culture MatrixTM RGF BME低生長因子基底膜抽提物，經(jīng)過效果驗證，專為滿足三維培養(yǎng)研究的需求而研制。為了提供最標準化的3D培養(yǎng)基底膜抽提物產(chǎn)品，采用一套特殊工藝來降低生長因子以更好的保證批間一致性，并將基質(zhì)的標準濃度控制在15 mg/ml左右，隨后在三維培養(yǎng)條件下對本品的效能進行評估驗證。

    在3-D Culture MatrixRGF BME中培養(yǎng)16天后，對MCF-10A細胞進行染色：細胞染色試劑盒（結(jié)構(gòu)）；B）SYBR?Green（細胞核）；C）MitoShift?（線粒體膜電位）；

    3-D Culture MatrixRGF BME中培養(yǎng)12天后，對PC-3細胞進行染色：D）Calcein AM（細胞活力）；E）CPA染料1（細胞核）；F）Depsipher?（線粒體膜電位）

    天然水凝膠技術(shù)優(yōu)勢：

    建立已久，支持文獻和應(yīng)用較多

    提供天然生物配體

    通常含有生長因子和細胞因子

    1.2 合成水凝膠

    HyStem細胞培養(yǎng)支架——首款定制合成的ECM

    HyStem產(chǎn)品是首個可定制的合成ECM，與體內(nèi)條件非常相近。使用HyStem平臺，研究人員可控制生長因子、黏附因子和ECM蛋白的摻入、水凝膠硬度及細胞囊化等。由于HyStem 是一種合成的基質(zhì)，而不是生物提取物，所以研究人員能夠密切控制細胞環(huán)境的組成。HyStem的成分包括化學合成的HyStem（巰基化透明質(zhì)酸）、Extralink?（硫醇反應(yīng)性交聯(lián)劑）、脫氣的水和生物純化的Gelin-S?（變性膠原蛋白）干細胞的天然環(huán)境富含透明質(zhì)酸，因此，HyStem試劑盒是培養(yǎng)干細胞的最佳選擇。HyStem水凝膠支架精密模仿了天然的細胞外基質(zhì)環(huán)境，含有豐富的透明質(zhì)酸和膠原纖維，同時具有定制靈活性，能加入適當?shù)纳L因子、附著因子和蛋白。

    HydroMatrix多肽水凝膠

    HydroMatrix水凝膠是一種合成多肽納米纖維支架，通過高度交聯(lián)的多肽水性凝膠中的天然三維結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)對合成基質(zhì)的精確控制。HydroMatrix支架可以在溫度或離子強度變化刺激下從液態(tài)前體自組裝為高度交聯(lián)的三維多肽水性凝膠。通過調(diào)整HydroMatrix溶液的濃度，研究人員可以控制3-D結(jié)構(gòu)的柔韌性，并對結(jié)構(gòu)進行剪裁以滿足個人需求。HydroMatrix?可以促進細胞生長和遷移，已被證實可以促進多種類型細胞的增殖，包括神經(jīng)干細胞、神經(jīng)細胞、神經(jīng)膠質(zhì)細胞。

    HydroMatrix多肽水凝膠可支持極佳的細胞生長環(huán)境。大鼠神經(jīng)干細胞(NSCs)在3種平面上進行培養(yǎng)：NSCs在組織培養(yǎng)塑料平面生長很差(A)，在多聚賴氨酸/層粘蛋白處理的平面上長勢稍好(B)，但在0.5% (w/v)的HydroMatrix多肽水凝膠上表現(xiàn)出極佳的生長狀態(tài)(C)。

    合成水凝膠技術(shù)優(yōu)勢：

    明確無動物源成分和病原物

    無生長因子，無批間差異

    可通過額外添加特異的生物相關(guān)氨基酸序列實現(xiàn)進一步功能化

    第2類：細胞聚集

    基本原理：

    基于細胞聚集的方法不需要額外添加細胞外基質(zhì)蛋白，細胞會產(chǎn)生內(nèi)源的細胞外基質(zhì)蛋白并不斷聚集形成較大的聚集體。由此形成的球體大小和組分取決于起始細胞數(shù)量、孵育時間和細胞增殖率等因素。

    技術(shù)舉例：

    2.1懸滴培養(yǎng)板

    Perfecta3D懸滴培養(yǎng)平板的孔板經(jīng)過特殊設(shè)計，當在小孔上方加入一滴細胞懸液時，孔板的幾何構(gòu)造就會引導細胞和培養(yǎng)基通過一個小洞，進而形成一個穩(wěn)定的懸滴。滴入口位于每個培養(yǎng)孔的上方，可用來更換培養(yǎng)基，添加外源胞外基質(zhì)、生長因子、小分子，也可用來加入細胞形成混合培養(yǎng)物。Perfecta3DM懸滴培養(yǎng)板每孔形成一個球體，且可控制球體大小以確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。 96孔和384孔懸滴培養(yǎng)板與自動化液體處理設(shè)備、微孔板讀數(shù)儀等兼容。

    懸滴培養(yǎng)板技術(shù)優(yōu)勢：

    球體大小和數(shù)量可控制，孔間數(shù)據(jù)可重復

    可使用液體處理系統(tǒng)實現(xiàn)自動化

    使用較大球體可模擬缺氧狀態(tài)

    提供細胞混合的靈活性，種植前或球體形成后即可

    2.2低粘附平面

    Corning極低吸附平面是一種共價偶聯(lián)了水凝膠的親水不帶電平面，以盡可能的降低細胞貼附、蛋白吸收和酶活性，維持細胞以懸浮不貼壁的狀態(tài)生長。

    低粘附培養(yǎng)平面技術(shù)優(yōu)勢：

    可形成較大的球形體

    U型或V型底的96/384孔平板每孔可產(chǎn)生單個球體

    2.3 3D PetriDish

    MicroTissues 3D 培養(yǎng)皿是不基于支架的天然3D 細胞培養(yǎng)環(huán)境，可最大限度模擬細胞間的相互作用和信號交流。該產(chǎn)品線包括多種規(guī)格的微組織培養(yǎng)系統(tǒng)，適配標準的12孔和24孔培養(yǎng)板，可應(yīng)用于形成球狀體、乳腺癌細胞球、膠質(zhì)瘤細胞球、肝細胞球、軟骨細胞球、骨細胞球、神經(jīng)細胞球、心肌細胞球，以及細胞聚集體和擬胚體等多種細胞培養(yǎng)模式。

    3D 培養(yǎng)皿制備流程圖

    3D 培養(yǎng)皿技術(shù)優(yōu)勢：

    單次移液操作即可獲得上百個相同大小的球體

    可從單細胞克隆形成球體

    可在同一平面對一組球體進行成像

    可形成復雜形態(tài)的微組織

    第3類：培養(yǎng)支架

    基本原理：

    支架可提供一種物理支撐，細胞可以進入支架生長和行使功能。孔隙分布、暴露平面區(qū)域和孔隙度具有關(guān)鍵作用，其數(shù)量和分布會影響細胞滲透入支架的效率，而依據(jù)不同的制作工藝，支架具有不同的結(jié)構(gòu)、隨機或定制的孔隙分布。

    支架可以通過包被或功能化以產(chǎn)生不同的特性和影響細胞的生長和行為，且有些“支架”技術(shù)還和“水凝膠”技術(shù)有著密切的關(guān)系。

    技術(shù)舉例：

    支架的種類很多，基本可以分為：1. 天然支架如膠原、明膠、纖維蛋白、幾丁聚糖、粘多糖、瓊脂糖和海藻酸等，天然支架具有生物兼容性，但穩(wěn)定性較差；2. 合成支架如聚苯乙烯、聚己內(nèi)酯、聚氨酯等，合成材料具有一致性、穩(wěn)定性，但惰性、堅硬，生物兼容性較差。

    培養(yǎng)支架技術(shù)優(yōu)勢：

    可實現(xiàn)器官型共培養(yǎng)-模擬分層的組織結(jié)構(gòu)

    與現(xiàn)有的塑料制品格式和下游分析方法兼容

    結(jié)構(gòu)一致具有可重復性，兼容高通量

    小結(jié)：不同3D細胞培養(yǎng)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(yǎng)系統(tǒng)時需要考慮多方面因素，比如要解決的問題或研究目的、實驗?zāi)Ｐ汀⒓毎愋汀⒓夹g(shù)可實現(xiàn)性、下游分析方法和樣品數(shù)量等。