本周我们先来聊聊3D培养这一技术。
近几年来，随着3D培养技术的不断发展，凭借其显著的优势，越来越多的研究将从2D向3D培养过渡。统计近十年来发表的关于3D培养的研究报道（图1），显示文章数量呈急剧上升的态势。
那么2D和3D细胞培养技术到底有何不同，
以及3D细胞模型的优势及应用有哪些？
今天我们一起来扒一扒。
首先，揭秘传统的2D培养技术二维(2D)平面培养是目前应用最广泛的细胞生物学研究手段，但其局限性越来越受到关注。组织特异性的结构、生物学行为及细胞间的相互作用在二维环境中明显缺失，许多通过2D培养环境获得的细胞生物学行为数据，在相应的动物学模型中不能很好的再现，以2D培养细胞为基础的药物筛选也常常遇到体内和体外药效不一致的情况。
再看，3D细胞培养技术三维(3D)培养，是一种模拟体内三维生长环境的细胞培养方式。通过让细胞聚集成3D球体或者将细胞在成分结构类似于实体组织的三维结构载体上粘附、伸展和生长，从时间和空间上共同调控细胞的增殖和分化，使组织结构和功能得以较大程度保留。与2D培养相比，3D培养更真实地再现了细胞与细胞之间以及细胞与胞外基质之间的相互作用，更准确地模拟细胞在组织中的实际微环境，细胞行为特性更接近于生物体内的生存状态，应用于新药筛选、肿瘤细胞系统生物学、干细胞研究、功能组织植入和其它细胞分析等研究领域。
图2 2D细胞培养和3D细胞培养的生长形态
(A)2D单层细胞培养；(B)细胞在超低吸附培养平面粘附成球；(C)细胞在天然或合成的3D支架内附着生长；(D)细胞通过悬滴或磁悬浮等方式悬浮成球生长
究竟pick谁？
比比就知道?
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细胞特性 |
2D培养 |
3D培养 |
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细胞生长形态 |
单层扁平扩张形态生长 |
自然形成球型立体形态并以细胞集团状生长 |
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细胞增殖 |
通常比生物体内细胞增殖速度更快 |
3D培养细胞的增殖速度相对于2D培养可能更快或更慢，此增殖速度更接近于体内细胞的增殖速度 |
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与培养介质或药物的联系 |
2D培养的单层细胞，与培养基中的营养物质、生长因子或药物的联系都是均等一致的 |
培养基中的营养物质、生长因子或药物，不能完全穿透3D球体结构，对球体表面的接触交换最大，而对球体核心部位的细胞基本没有接触，更接近体内细胞生长的微环境 |
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细胞周期 |
由于与培养环境均等接触，大部分的细胞可能处于相同的细胞周期 |
包括增殖、静止、缺氧和坏死细胞等不同生长周期的细胞 |
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基因/蛋白表达水平 |
与体内细胞有较大差异 |
更接近体内细胞 |
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药物耐受 |
2D培养细胞与体内细胞相比，对药物更敏感 |
细胞对药物及理化刺激的反应更接近于体内生理状态下的细胞 |
PK结果?3D完胜
本着认真负责的态度
咱得继续聊一聊3D这个技术
了解一下3D培养类型
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培养类型 |
支架 |
特点 |
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悬浮型 |
无 |
1.悬滴法：以悬滴的方式让细胞在重力的作用下通过自组装形成微球体； 2.磁悬浮法：加入生物相容性磁性纳米颗粒磁化细胞，使用磁力驱动器，让细胞进入磁悬浮状态来实现3D细胞模型； 3.超低吸附法：使用超低吸附细胞培养表面，使细胞相互粘附聚集成球。 |
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固定型 |
天然水凝胶，通常由蛋白和细胞外基质（Extracellular matrix）等构成 |
具有很高的生物相容性，但是批次之间质量相差较大，含有内源生物活性成分，结构和性能可控性较差，重复性较差，存在一定病原风险。 |
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人造基质作为支持材料 |
多种合成的人造基质材料可选，具有良好的生物相容性、结构和性能可控等特点。 |
聪明的你肯定发现，
这有一种可控性很好的培养类型
对，就是它——固定支架
这也是我们的3D培养技术秘籍
——新型的3D细胞培养材料
