3D细胞培养和试验系统
3D培养技术在细胞培养中的应用
3D培养技术在细胞培养中的应用作者：窦毅鹏来源：《科技资讯》2018年第03期摘要：细胞培养是研究体内细胞在体外生物学行为的重要的研究手段。
传统的细胞培养是在培养皿或培养瓶的二维平面上进行的，这与细胞在体内所处的三维生长环境有着很大的区别。
三维（3D）培养则是一种可以使细胞在体外条件下在进行三维生长的培养方法，可以更好地模拟细胞在体内的生长状况及环境。
在三维培养条件下细胞的许多生物学行为与传统的二维培养有着很大的不同，其应用领域也有更广泛的扩张，具有重要的研究意义。
本文将对三维细胞培养的发展、特点及应用进行简要的综述。
关键词：3D 细胞培养体外培养支架技术中图分类号：Q813 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（c）-0247-021 3D细胞培养的发展过程自从四十多年前常规真核细胞培养出现以来，支持细胞生长的最常见的物质为聚苯乙烯或玻璃，细胞在其平坦的二维表面可以进行生长。
应用这种细胞贴壁培养的方法，已经有成千上万的关于肿瘤细胞或正常细胞生物行为的研究被发表。
然而，对这些研究所基于的一个主要假设是，体外单层培养的细胞可以再现生物细胞在体内的生理学行为。
显然，在二维的玻璃或聚苯乙烯底物上生长的真核细胞并不能准确地反映出自然条件下组织中细胞的生长及与细胞外基质的准确的相互作用。
已经有研究发现，在体外培养条件下所观察到的许多复杂的生物学反应如受体表达、RNA 转录、细胞迁移和细胞凋亡等与在体内器官或组织中所观察到的并不相同。
从正常的细胞分裂、细胞增殖到细胞迁移及细胞凋亡等细胞生物学行为都是需要依赖于空间和时间的精确调控。
相比之下二维的细胞的培养方法则相对简单，忽略了这些已知的对细胞生长和组织生理学的精确调控有重要意义的参数。
这其中包括机械力的信号、细胞与细胞基质之间的信号传递以及相邻细胞微环境之间的信号沟通。
特别是在细胞间信号传递方面，许多二维培养实验未考虑不同细胞类型之间的相互作用，绝大多数培养物是单一细胞类型。
3D细胞培养
cytoskeleton, ECM, RNA metabolism, protein metabolism, signal transduction, and other functions
Fold changes> 1.5-fold or greater. RT-PCR: GAPDH(三磷酸甘油醛脱氢酶) mRNA. The gene expression changes reflected influences of culture dimension.
定的底物，体外时，这些底物可以是其他细胞、 胶原、玻璃、或塑料等。
生长方式： 贴附生长型 悬浮生长型：血细胞、癌肿细胞 CHO （中国仓鼠卵巢）
在活体体内时各自具有其特殊的形态， 在体外培养时细胞常在形态上表现得比较
单一化，失去其在体内原有的某些特征。 体外培养贴壁细胞形态 上皮样细胞 成纤维样细胞
美国约翰·霍普金斯大学研究人员发现
通过3D细胞培养，可以弥补基于2D细 胞培养的药物研究结果和临床研究结果存 在差异的不足，有助于抗癌药物的筛选。
美国俄亥俄州立大学研究人员ห้องสมุดไป่ตู้
用3D细胞培养技术来培养包括人胚胎干 细胞和结肠癌细胞在内的许多不同类型的 人源细胞 ，来筛选抗癌药物 3D培养细胞的 药物反应更加接近体内的情况，因此，在 此基础上的药物筛选也更加可靠。
3D细胞培养
学生：董浩 导师：李红民老师
简要介绍 与2D细胞培养异同
实现方法
一、简要介绍
1.细胞培养
从动物活体体内取出组织，模拟体内生 理环境，在体外孵育培养，使之生存并增 殖。可分为：细胞培养、组织培养、器官 培养。
3D Cell Analysis说明书
欢迎关注Promega官方微信目录1. 什么是3D细胞培养 (3)2. 3D细胞培养的应用 (4)3. 3D细胞培养的分类 (5)4. 3D培养细胞的检测 (6)1）细胞健康检测 (7)• 细胞活性检测 (8)• 细胞凋亡检测 (10)• 细胞毒性检测 (12)2）代谢检测 (14)• 二核苷酸检测系统 (15)• 能量代谢检测系统 (16)• 氧化应激检测系统 (17)5. 检测仪器 (19)33D 细胞培养是能在细胞培养过程中为细胞提供一个更加接近体内生存条件的微环境的细胞培养技术。
■ 什么是3D 细胞培养?很长一段时间以来，科学家们一直依靠平板培养的2D 细胞来研究细胞和疾病的机制。
2D 细胞模型对于细胞培养和处理当然简单且经济。
然而，我们可以看到在过去的十年里，3D 细胞培养越来越受欢迎，因为它们在生理上更为相关，更能代表体内组织。
仔细思考，我们体内没有一种细胞以独立于其他细胞或组织的形式进行单层生长。
相反，大多数细胞自然存在于复杂的三维结构中，包括细胞外基质中的不同细胞类型。
众多的细胞-细胞和细胞-基质相互作用都对它们的行为有着深刻的影响。
此外，2D 单分子膜可以均匀地获得营养和氧气，而肿瘤等细胞团则不是这样。
3D 肿瘤球体更能代表体内肿瘤，与外层相比，内部细胞获得营养和氧气的机会更少，形成自然梯度。
类器官、球状体和3D 细胞模型研究在包括疾病建模和再生医学在内的许多应用中表现出了巨大的潜力。
相对于2D 模型，类器官和球状体等3D 细胞模型使我们有机会在生理学相关背景下更好地理解生物学的复杂性。
经过验证的实验方案和教育资源增强了我们对于培养和分析类器官和球状体的信心，引领3D 模型取得成功。
Quiescence2, nutrientsand assay reagentsDifferences in Cellular Responses“compound is non -toxic”“compound is toxic”4■ 为何要使用3D 培养细胞模型?监测3D 培养物的生物学变化处理iPS 细胞肿瘤活检建好的普通细胞系分化的iPS 细胞CRISPR 转染支持培养敲除一个蛋白（siRNA ）用蛋白处理表达一个蛋白用miRNA 处理小分子抑制剂物理学变化（如缺氧）可能在治疗前和/或后发生微球体培养3D Culture真皮成纤维细胞细胞工程细胞健康变化代谢变化表达变化基因组分析细胞模型越来越多地被用来了解疾病机制和药物研发治疗。
3D细胞培养在药物研发中的研究进展
3D细胞培养在药物研发中的研究进展新靶标的发现及发挥作用的分子与化合物的合成是药物研发的基础与重中之重，药代动力学和毒性效应是它们的作用机制。
技术的进步和学科之间的交叉渗透，使药物发现过程变得不那么繁琐反而更加简易。
生物信息学的发展使得药物在体内的代谢、作用及预后等方面可进行体外模拟，进而确定潜在的药物靶点成为可能。
应用生物信息学（结构建模）结合药物化学和细胞培养进行的体外药物检测已成为初期药物研发的主要方式，这种方法不仅有助于节省时间和成本，还有助于发现针对患者治疗的正误和有效与否。
近年，对三维细胞培养（three-dimensional cell culture，TDCC）技术最新进展的报道层出不穷，主要描述了该模型中癌细胞生长的不同物理特性和信号调控，癌细胞对药物的敏感性和如何使药物渗透至细胞，还报道了细胞对抗癌药物的敏感性受到基质性质和使用的细胞类型的影响。
业已证明，TDCC模型结合微阵列和生物信息学对于药物发现和筛选具有潜在的应用前景。
1 TDCC诱导的基因表达和药物效应候选药物在靶细胞中诱导的损伤程度是药物研发的价值体现，而安全性检测为副作用的发现提供了可能，是药物筛选的基础。
与单层细胞培养相比，TDCC 会诱导细胞基因和蛋白的差异表达，对识别新的药物靶标更具实际意义。
Li等对人神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y进行了3D细胞培养，使用微阵列和RT-PCR分析了1766个基因的表达变化，发现不同基质特性诱导的TDCC可发生特征性变化，并强调了该研究可直接应用于药物剂量、代谢途径、药效等的检测，为个体化精准医疗提供最佳治疗结果。
另一项关于TDCC诱导的基因表达差异的综合研究是使用了对血管平滑肌细胞的9600个基因的微阵列分析。
显示在3D培养物（也称为球体）中超过77种与药物重新定位的相关基因发生过表达。
Peyton团队将TDCC技术引入平滑肌细胞的培养，结果显示TDCC中细胞外基质的力学特性可调节RhoA表达和活化，对细胞增殖具有显着影响，有助于改善抗增殖药物的使用。
3D细胞培养在药物研发中的研究进展
3D细胞培养在药物研发中的研究进展作者：余坤周永春来源：《中国医药科学》2019年第03期昆明医科大学第三附属医院分子诊断中心/肺癌研究重点实验室云南省肿瘤医院分子诊断中心/肺癌研究重点实验室云南省癌症中心分子诊断中心/肺癌研究重点实验室，云南昆明650118[摘要]3D培养模型的引入是细胞培养技术的一个里程碑，随着新型支架、基质的发明与应用及细胞成像和分析系统的日新月异，三维细胞培养可模拟体内微环境而获得传统2D细胞培养所没有的优势，已在基础研究、干细胞及组织工程等领域崭露头角。
本文通过回顾3D细胞培养在药敏实验、药物筛选、药物研发、临床应用中的贡献，从药物效应、药物代谢及药物敏感性着手，枚举3D细胞培养通过改变基因/蛋白质差异表达来进行药物研发，并对其应用趋势、潜在优势和不足作一综述，为基础研究和临床应用提供理论依据。
[关键词]3D细胞培养（TDCC）;药物研发;药物效应;药物代谢;药物敏感性[中图分类号]R917[文献标识码]A[文章编号]2095-0616（2019）03-36-04新靶标的发现及发挥作用的分子与化合物的合成是药物研发的基础与重中之重，药代动力学和毒性效应是它们的作用机制[1-2]。
技术的进步和学科之间的交叉渗透，使药物发现过程变得不那么繁琐反而更加简易。
生物信息学的发展使得药物在体内的代谢、作用及预后等方面可进行体外模拟，进而确定潜在的药物靶点成为可能。
应用生物信息学（结构建模）结合药物化学和细胞培养进行的体外药物检测已成为初期药物研发的主要方式，这种方法不仅有助于节省时间和成本，还有助于发现针对患者治疗的正误和有效与否。
近年，对三维细胞培养（three-dimensional cell culture，TDCC）技术最新进展的报道层出不穷，主要描述了该模型中癌细胞生长的不同物理特性和信号调控，癌细胞对药物的敏感性和如何使药物渗透至细胞，还报道了細胞对抗癌药物的敏感性受到基质性质和使用的细胞类型的影响[3-5]。
3D细胞培养，你了解吗？
3D细胞培养，你了解吗？欲了解更多⾎清与细胞学资讯，请关注↑↑CellMax胎⽜⾎清微信号导读通过模仿体内环境的特性，并利⽤传统的细胞培养研究⼯具，三维细胞模型提供了独特的视⾓来观察⼲细胞的⾏为、组织器官和肿瘤的发展过程。
建⽴体外三维培养模型将有助于跨越⼆维细胞培养与动物实验之间的鸿沟，有利于加速癌症⽣物学和组织⼯程领域的转化研究。
体外3D模型的关键特性就是能够模拟体内特定的细胞⾏为，使得能够精确预测组织发育和形态形成、细胞分化、药物和毒性筛选试验中基因型和/或表型对化合物的反应。
⼀些更基础的3D模型还在不使⽤基质胶底物情况下悬浮培养细胞团。
但是，多数更复杂的3D细胞培养模型都会使⽤⽔凝胶基质或固态⽀架。
⼤量的材料和制造技术被⽤于开发具有不同物理和⽣物特性的⽀架，以满⾜体内不同类型细胞的需求。
展开剩余88%3D细胞培养的主要类型⽔凝胶固体⽀架磁⼒悬浮1⽔凝胶三维培养天然的细胞外基质来源的⽔凝胶最被⼴泛⽤于体外3D细胞培养应⽤。
⽔凝胶是由交联的多聚链或复杂的天然或合成蛋⽩分⼦组成的⽹络构成。
由于含⼤量⽔，⽔凝胶具有和天然组织⾮常相似的⽣物物理学特性，因⽽可以作为⾼效的3D细胞培养基质。
⽔凝胶可以单独或和其他技术（如固体⽀架、可通透⽀持物、细胞微阵列和微流体设备）联⽤。
在3D培养系统中⽔凝胶有多种使⽤⽅法：包括为固体⽀架在内的多种细胞培养表⾯做包被，也可以将细胞包裹或夹在基质中间。
⽔凝胶基质中细胞的形态、⽣长和功能取决于⽣物物理学和⽣物化学特性，以及如通透性和基质硬度在内的物理特性。
天然来源的细胞培养⽔凝胶通常由蛋⽩和ECM成分（如胶原、层纤连蛋⽩、纤维蛋⽩、透明质酸、壳聚糖等）构成。
由于来源于天然成分，存在多种有助于多种细胞存活、增殖、功能实现和发育的内源因⼦，这些凝胶本⾝具有⽣物兼容性和⽣物活性，有利于细胞功能的完成。
细胞外基质（ECM）具有多种重要功能。
⾸先，它能够提供复杂的纳⽶级的结构蛋⽩架构（如胶原、层纤连蛋⽩和纤连蛋⽩），构建细胞微环境中的机械特性。
3d肿瘤细胞培养步骤
3d肿瘤细胞培养步骤三维细胞培养是一种模拟体内环境的技术，用于研究肿瘤细胞的生长、侵袭性和治疗反应等特性。
与传统的二维细胞培养相比，三维细胞培养可以更好地模拟组织或肿瘤内部的细胞间相互作用和信号传递，更准确地反映细胞在体内的生物学行为。
下面是三维肿瘤细胞培养的一般步骤：1.基质选择：选择一种适合于三维细胞培养的基质。
常用的基质包括基质凝胶（例如明胶、蛋白质基质或聚合物凝胶）和无基质的培养系统（例如自我聚合细胞培养系统）。
2.基质预处理：将所选基质进行预处理，例如用消毒剂消毒，并将其放入培养器中。
3.细胞处理：将细胞处理成单细胞悬浮液。
可以通过胰蛋白酶或酶解液等方法将细胞从培养皿中解离，然后通过离心或筛网将细胞沉淀或过滤收集。
4.细胞计数：使用细胞计数器或显微镜对收集到的细胞进行计数，以确定接种细胞的浓度。
5.细胞接种：将细胞悬浮液均匀地接种到预处理好的基质上。
可以使用不同的方法进行接种，如滴定法、注射法或转接法。
6.细胞培养：将接种好的细胞培养器放置在细胞培养箱或培养箱中，控制好适宜的培养条件，如温度、湿度和二氧化碳浓度等。
7.培养液更换：根据需要和实验要求，定期更换培养液，以保持培养环境的稳定。
8.细胞培养时间：根据实验的目的和要求，将细胞在三维培养体中培养适当的时间。
培养时间的长短取决于所研究肿瘤细胞的特性和所需的实验结果。
9.细胞观察和实验操作：根据实验的需要，进行细胞观察和相关实验操作。
可以使用显微镜观察细胞形态、细胞聚集和细胞-基质相互作用等。
也可以进行细胞增殖、侵袭性实验、药物筛选以及信号通路研究等。
10.结果分析和讨论：根据实验结果，进行结果分析和讨论。
可以通过图像分析、荧光检测、PCR分析等方法，对实验结果进行定量或定性的分析。
总之，三维肿瘤细胞培养是一种模拟体内环境的培养技术，可以更好地模拟细胞在体内的生物学行为。
通过合理选择基质、适当的细胞处理和培养条件，结合相关实验操作和结果分析，可以对肿瘤细胞的特性、行为和治疗反应等进行深入研究。
3d细胞培养技术的应用领域
3d细胞培养技术的应用领域3D细胞培养技术是一种模拟人体内细胞组织的三维环境进行细胞培养的方法，相比传统的二维细胞培养技术，3D细胞培养技术更接近生物体内的真实环境，具有更好的生物相似性和生物活性。
因此，3D细胞培养技术在许多领域得到了广泛的应用。
3D细胞培养技术在药物筛选和药理学研究中发挥着重要的作用。
传统的二维细胞培养技术往往无法准确模拟药物在人体内的作用过程，而3D细胞培养技术能够更好地模拟细胞在三维环境中的生长和相互作用，从而更准确地评估药物的效果和毒副作用。
通过使用3D 细胞培养技术，科研人员可以更快速地筛选出具有潜在治疗效果的药物，并降低了动物实验的使用，节省了时间和成本。
3D细胞培养技术也在组织工程和再生医学领域具有广泛的应用前景。
组织工程是通过培养体外的细胞和支架材料构建功能性组织或器官的一种技术。
3D细胞培养技术提供了一种更接近生物体内环境的培养条件，可以促进细胞的自组装和分化，从而实现组织的构建和修复。
例如，科研人员可以利用3D细胞培养技术培养出类似于人体内皮组织、肝脏组织和心肌组织等器官结构，为组织移植和疾病治疗提供了新的途径。
3D细胞培养技术在肿瘤研究和癌症治疗中也起到了重要的作用。
肿瘤是由恶性细胞组成的复杂组织结构，传统的二维细胞培养技术难以准确模拟肿瘤的生长和转移过程。
而3D细胞培养技术可以提供更接近真实肿瘤环境的培养条件，使得肿瘤细胞的生长和转移更贴近实际情况。
通过使用3D细胞培养技术，科研人员可以更好地研究肿瘤的发生机制和药物对肿瘤的作用，为癌症的早期诊断和治疗提供了新的思路和方法。
3D细胞培养技术还在神经科学研究、生物材料学和环境毒理学等领域得到了广泛的应用。
在神经科学研究中，科研人员可以利用3D 细胞培养技术构建出更接近大脑组织的模型，研究神经细胞的生长和连接机制。
在生物材料学中，3D细胞培养技术可以用于评估不同材料对细胞生长和细胞外基质合成的影响，为材料的设计和选择提供指导。
3D细胞培养模型对肿瘤微环境研究的应用
3D细胞培养模型对肿瘤微环境研究的应用近年来，随着肿瘤治疗技术的不断进步，人们对肿瘤微环境的研究也越来越深入。
其中3D细胞培养模型是一种比较先进的研究手段，能够更真实地模拟肿瘤微环境，对于肿瘤发生、发展和治疗具有重要意义。
1. 3D细胞培养模型3D细胞培养模型是一种能够将细胞三维生长的培养模型，使得细胞可以在模拟的体外环境中生长、分化、移动和交流。
与2D细胞培养模型相比，3D细胞培养模型更接近真实生理环境，可以更好地模拟细胞在组织中的行为和反应。
在肿瘤微环境的研究中，3D细胞培养模型因其更真实的模拟肿瘤的组织结构、细胞内信号传递和细胞外基质分子相互作用等特点，被广泛应用于肿瘤的发生、发展和治疗。
2. 3D细胞培养模型在肿瘤微环境研究中的应用2.1 模拟肿瘤组织结构肿瘤是由肿瘤细胞、血管、免疫细胞和基质等多个细胞成分组成的，其中的相互作用和协同作用对于肿瘤的发生和发展至关重要。
而传统的2D细胞培养模型无法很好地模拟这些复杂的细胞相互关系，而3D细胞培养模型可以更好地模拟肿瘤的真实结构，使得研究者可以更直观地观察细胞之间的相互作用和协同作用，对于肿瘤的分子机制、信号通路和治疗研究等提供了更加可靠的基础。
2.2 模拟肿瘤基质环境肿瘤微环境中的基质是由细胞外基质分子、细胞外囊泡和细胞外基质分泌物等多个因素组成的，其影响了肿瘤的生长和转移。
3D细胞培养模型可以更好地模拟肿瘤基质环境，包括基质的结构、成分和物理性质等，从而使研究者更好地模拟肿瘤的行为和反应。
例如，研究者可以通过调节3D培养的氧份、pH值和温度等参数来模拟不同的肿瘤微环境，评估对于药物的敏感性、抗药性和转移的评估等。
2.3 模拟肿瘤的免疫调节肿瘤微环境中的免疫细胞和肿瘤细胞之间的相互作用非常复杂，包括免疫细胞的趋化、识别、杀伤和调节等多个方面，而传统的细胞培养模型通常无法很好地模拟这些复杂的交互作用。
而3D细胞培养模型可以更好地模拟免疫细胞与肿瘤细胞之间的相互作用，从而更好地评估免疫治疗的策略和疗效。
3D细胞培养.pptx
本文利用 Liquid Overlay 的制备方法，以乳腺癌细胞 MDA-MB-231 和 MCF-7 为模 型制备 3D 多细胞肿瘤球并采用倒置显微镜、激光共聚焦显微镜和环境扫描电镜 对其进行详细表征。
5.若要采用 3D 多细胞肿瘤球进行药物试验，在培养 7 天后，用移液器取出孔内 的 100 μL 培养基，加入 100 μL 给药溶液，然后置于培养箱内培养并定期采用 倒置显微镜观察肿瘤球的生长状况（图 2）。 5 3D 多细胞肿瘤球的表征
4
书山有 路 1.倒置显微镜观察 3D 多细胞肿瘤球形态：直接将 96 孔板置于倒置显微镜下观 察即可。 2.激光共聚焦显微镜观察：用移液器小心取出孔内的肿瘤球，用 PBS 清洗 3 遍 后，采用 4%多聚甲醛固定，并用 Hoechst 33258 对细胞核进行染色，PBS 清洗 3 遍后在激光共聚焦显微镜下观察（图 3）。
书山有 路
3D 多细胞肿瘤球的培养
原创 2017-04-20 医生科研助手
3D 多细胞肿瘤球是在体外应用组织培养方法使肿瘤细胞以多细胞集聚 体的形式生长成为具有三维结构的球体。 与传统的 2D 贴壁细胞培养模型相比，3D 多细胞肿瘤球可以通过模拟三维细胞网 络、细胞与基质、细胞与细胞之间的相互作用，从而更加贴近肿瘤组织中相应的 病理生理特征。 因此，3D 多细胞肿瘤球培养模型已经逐渐应用于干细胞培养和分化、癌症研究、 药物和毒性筛选及组织工程等特定应用中。
注意：由于琼脂糖溶液在室温时会凝固，因此从灭菌锅内取出琼脂糖溶液后一定 要快速转移至超净台内并迅速加入至 96 孔板中。
3D细胞培养和试验系统
简介哺乳动物细胞培养作为一个无价的细胞生物学工具已有几十年。
生长在扁平和僵硬的二维(2D)底物(如聚苯乙烯或玻璃)上的单层贴壁细胞已成为传统细胞培养系统的中流砥柱。
二维细胞培养的研究在扩宽我们对发育生物学、组织形态发生、疾病机制、药物发现、大批量蛋白生产、组织工程和再生医学方面的知识方面扮演了至关重要的角色。
与此同时，随着2D培养系统而来的缺陷也显现了出来，尤其是其不能模拟体内环境以提供生理相关的数据。
在体内，几乎所有组织的细胞都处在由一个复杂三维(3D)结构的细胞外基质(ECM)中，它们和相邻的细胞通过生化和机械关系产生着相互作用1。
细胞-细胞和细胞-细胞外基质间的相互作用构建成了一个用于维持组织特异性和稳态的3D通讯网络2。
细胞生命周期的关键事件通过受到周边细胞微环境的控制3。
2D培养试验中，细胞无法实现类似于体内的结构组织和连接，这使得细胞形态、存活力、增值能力、分化、基因和蛋白表达、对刺激的反应、药物代谢及一般的细胞功能受到了限制或减弱。
2D 培养的限制对临床前基于细胞的药物和毒性筛选试验的可预测性造成了影响。
超过90&的药物通过了体外临床前研究，却在随后的临床实验中未能达到预期的疗效或安全范围4。
癌症药物的失败率更高5, 12，因为2D培养系统常常无法构建有效的肿瘤生物学模型6,7。
而且，在使用2D模型进行临床前药物研发时，生物利用率和毒物学的研究严重依赖于动物模型的使用。
这一高失败率表明动物模型可能并不适用和/或并非人用治疗方案安全性评测的代表4,16,17。
为了克服这些短板，大量的3D细胞培养模型在近20年被开发了出来。
由于3D模型显著促进了癌生物学、组织工程和再生医学的研究，又得到了进一步的发展。
为此，细胞生物学家们、材料科学家们、生物医学工程师们以及其他开发更有用的模拟体内环境的3D模型来缩短2D培养与活体组织间差距的人，携手参与了多学科的研究。
越来越多的证据表明，3D培养建立起来的生理细胞-细胞与细胞-细胞外基质相互作用可以模拟天然组织的特异性，并且比传统2D培养的生理相关性更强8-10。
细胞系实验分类
细胞系实验分类细胞系实验是生物学研究中常用的一种实验方法，其通过培养和传代细胞，使其在体外长期生长和繁殖，从而可以对细胞的生理、生化和分子特性进行研究。
根据细胞系实验的特点和目的，可以将其分为以下几类。
1. 传统细胞系实验传统细胞系实验是最常见的一种实验方法。
它通过从原始组织或器官中分离细胞，经过培养和传代，使细胞在培养皿中长期生长。
这种实验方法适用于研究细胞的基本生理过程，如细胞生长、增殖、分化以及细胞间相互作用等。
常见的传统细胞系实验包括细胞培养、MTT法、细胞凋亡检测等。
2. 肿瘤细胞系实验肿瘤细胞系实验是研究肿瘤生物学和药物治疗的重要手段之一。
通过从肿瘤组织中分离出肿瘤细胞，经过培养和传代，可以研究肿瘤细胞的生长、侵袭、转移以及对抗肿瘤药物的敏感性等。
常见的肿瘤细胞系实验包括MTT法、细胞侵袭实验、细胞转移实验、细胞毒性实验等。
3. 干细胞系实验干细胞系实验是研究干细胞生物学和再生医学的重要手段之一。
通过从胚胎、成体组织或体液中分离出干细胞，经过培养和传代，可以研究干细胞的自我更新、分化潜能以及干细胞在再生医学中的应用等。
常见的干细胞系实验包括干细胞培养、干细胞分化实验、干细胞移植实验等。
4. 3D细胞系实验3D细胞系实验是近年来发展起来的一种新型细胞系实验方法。
与传统的细胞系实验不同，3D细胞系实验将细胞培养在具有三维结构的载体上，更接近于体内的生理环境。
这种实验方法可以更好地模拟细胞在体内的行为，如细胞增殖、迁移、血管生成等。
常见的3D 细胞系实验包括球形培养实验、软性载体培养实验、微流控芯片实验等。
5. 组织工程细胞系实验组织工程细胞系实验是一种将细胞培养和材料工程相结合的实验方法。
通过将细胞种植在特定的生物材料中，培养出具有特定功能的组织工程结构。
这种实验方法主要用于研究组织工程材料的生物相容性、细胞生长和组织再生等。
常见的组织工程细胞系实验包括细胞材料相容性实验、组织工程结构培养实验、组织再生实验等。
3d细胞球圆底低吸附96孔板
3d细胞球圆底低吸附96孔板
3D细胞球圆底低吸附96孔板是一种常用于细胞培养和药物筛选的实验工具。
它具有圆底设计和低吸附性能，能够更好地模拟体内环境，提供更真实可靠的实验结果。
本文将介绍3D细胞球圆底低吸附96孔板的特点、应用和优势。
3D细胞球圆底低吸附96孔板的特点在于其特殊的设计结构。
与传统的平底或U底孔板相比，圆底设计能够使细胞球更好地沉降到底部，不易漂浮或聚集，有利于细胞的生长和形成3D结构。
此外，低吸附性能可以减少细胞与孔壁的非特异性黏附，避免细胞损伤和实验结果的偏差。
3D细胞球圆底低吸附96孔板在细胞培养和药物筛选方面具有广泛的应用。
在细胞培养方面，细胞球是一种更接近体内细胞状态的三维结构，可以更好地模拟体内环境，提供更准确的生物学信息。
在药物筛选方面，细胞球可以更好地模拟人体组织或器官的生理特性，提供更可靠的药物筛选结果。
因此，3D细胞球圆底低吸附96孔板在生物医学研究和药物开发中有着广泛的应用前景。
3D细胞球圆底低吸附96孔板相比其他细胞培养工具具有一些明显的优势。
首先，圆底设计可以减少细胞球漂浮或聚集的可能性，提供更稳定的实验结果。
其次，低吸附性能可以减少细胞与孔壁的非特异性黏附，减少细胞损伤和实验误差。
总结起来，3D细胞球圆底低吸附96孔板是一种具有特殊设计和优越性能的实验工具。
它能够更好地模拟体内环境，提供更真实可靠的实验结果。
在细胞培养和药物筛选方面具有广泛的应用前景，并且相比其他细胞培养工具具有明显的优势。
未来，随着生物医学研究和药物开发的不断发展，3D细胞球圆底低吸附96孔板有望在相关领域发挥更重要的作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
简介哺乳动物细胞培养作为一个无价的细胞生物学工具已有几十年。
生长在扁平和僵硬的二维(2D)底物(如聚苯乙烯或玻璃)上的单层贴壁细胞已成为传统细胞培养系统的中流砥柱。
二维细胞培养的研究在扩宽我们对发育生物学、组织形态发生、疾病机制、药物发现、大批量蛋白生产、组织工程和再生医学方面的知识方面扮演了至关重要的角色。
与此同时，随着2D培养系统而来的缺陷也显现了出来，尤其是其不能模拟体内环境以提供生理相关的数据。
在体内，几乎所有组织的细胞都处在由一个复杂三维(3D)结构的细胞外基质(ECM)中，它们和相邻的细胞通过生化和机械关系产生着相互作用1。
细胞-细胞和细胞-细胞外基质间的相互作用构建成了一个用于维持组织特异性和稳态的3D通讯网络2。
细胞生命周期的关键事件通过受到周边细胞微环境的控制3。
2D培养试验中，细胞无法实现类似于体内的结构组织和连接，这使得细胞形态、存活力、增值能力、分化、基因和蛋白表达、对刺激的反应、药物代谢及一般的细胞功能受到了限制或减弱。
2D 培养的限制对临床前基于细胞的药物和毒性筛选试验的可预测性造成了影响。
超过90&的药物通过了体外临床前研究，却在随后的临床实验中未能达到预期的疗效或安全范围4。
癌症药物的失败率更高5, 12，因为2D培养系统常常无法构建有效的肿瘤生物学模型6,7。
而且，在使用2D模型进行临床前药物研发时，生物利用率和毒物学的研究严重依赖于动物模型的使用。
这一高失败率表明动物模型可能并不适用和/或并非人用治疗方案安全性评测的代表4,16,17。
为了克服这些短板，大量的3D细胞培养模型在近20年被开发了出来。
由于3D模型显著促进了癌生物学、组织工程和再生医学的研究，又得到了进一步的发展。
为此，细胞生物学家们、材料科学家们、生物医学工程师们以及其他开发更有用的模拟体内环境的3D模型来缩短2D培养与活体组织间差距的人，携手参与了多学科的研究。
越来越多的证据表明，3D培养建立起来的生理细胞-细胞与细胞-细胞外基质相互作用可以模拟天然组织的特异性，并且比传统2D培养的生理相关性更强8-10。
这在干细胞培养和分化、癌生物学、药物和毒性筛选及组织工程中显得尤为突出。
Suparna Sanyal, Ph.D.3D细胞培养和试验系统综述文章3D细胞培养的范围很广泛，而且由于不同细胞类型和应用的需求而更不想用。
每个模型都有各自的优缺点，一种模型并不能使用于所有应用。
但是，有些方法学已发展的远比其他的快，比如说体外3D培养。
根据3D细胞培养趋势报告提供的信息11，天然ECM基的水凝胶（如Corning®Matrigel®基质和胶原）和3D细胞培养聚合物（如球体）是体外3D培养最常用的模型。
这些3D模型具有越来越多种细胞类型的生理代表性，比并被广泛用于干细胞分化、肿瘤发生和药物发现中。
球体和/或天然凝胶还有一个优点就是它们能被轻易地键入到更加复杂的类似体外的共培养系统中，这样的系统整合了多种细胞类型。
而且，像可通透支持物（如Transwell®小室）这些装置可以和水凝胶底物一起整合到3D培养模型中，用于协助不同细胞类型、可溶性因子和培养微环境之间相互关系的研究。
这篇综述将聚焦于体外3D细胞培养系统的基本概念和优缺点，并尤其关注以下三个方面：1) 细胞生物学和组织建模，2) 药物发现 和3) 药物毒性。
从这个角度看，将会额外注重最常用的体外3D培养基质，如ECM基水凝胶，及其应用。
1.2D及3D细胞培养模型对比2D与3D细胞培养体系在微环境上的基本区别可造成多种细胞行为上的影响，包括细胞吸附、伸展和生长，细胞形态和极性，基因与蛋白表达，存活，增值，运动，分化，对刺激的反应，细胞代谢和总体功能。
二者对比时最首要的一个区别在细胞形态上。
细胞首先根据整合素介导的粘附对细胞外基质的取向而采取2D或3D形状。
在2D培养中，细胞吸附发生在细胞的一侧（和2D表面接触的一侧），而3D培养中的细胞吸附则是围绕着整个 细胞表面进行的13。
一般来说，细胞在无约束的2D底物上的吸附和伸展在几分钟之内完成。
相比较而言，3D培养中则是在其生理环境蛋白酶解前进行，可长达数小时，甚至于好几天18。
细胞伸展的程度可以影响到其增值、凋亡和分化19-22。
许多细胞当从组织中分离出来并置于平面细胞培养表面时，会逐步变得更加扁平，分裂异常，并丧失其分化表型23,24。
有意思的是，有些细胞类型在3D培养环境中又会重新恢复期生理形态和功能。
比如说，3D培养条件下去分化的成骨细胞能够恢复期生理表型，包括细胞形状及其软骨标记物的表达25。
相似地，包被在3D环境下的乳腺上皮细胞停止了不受控制的分裂，组装为腺泡样的结构，并建立了全新的基底膜24,26,27。
除了细胞伸展以外，细胞采取的形态可对其功能有影响28-32。
比如说，3D环境中腺上皮细胞的组织、信号传导和分泌相比较2D表面更接近于体内培养的状态33,34。
成纤维细胞的形态，包括细胞骨骼的组织和细胞粘附的类型，也在3D基质中与体内行为更加类似35。
而且，已经发现，3D环境最有利于帮助成纤维细胞细胞内信号传导36-38。
3D模型赋予的另一个重要的生理特性是合适的细胞极性。
体内的极性取决于细胞类型和组织为微环境。
上皮细胞通常都是计划的，有顶面和基底面，这对组织的结构和生物活性分子的定向分泌很重要。
组织结构随着细胞移植到平面的2D组织培养底物上而丢失。
当回到合适的3D培养条件中，上皮细胞通常能重新获得顶面-基底面极性，腺细胞则会形成细胞因子分泌入的腔口3。
像Transwell小室这样的可通透支持物在重建具有活体组织类似的细胞形态、细胞-细胞相互作用、极性和分泌功能的上皮细胞3D模型时尤其有用39-42。
图1展示了一个子宫内膜腺3D体外模型。
这一模型中的子宫内膜腺上皮细胞培养于含有Corning®Matrigel®基质的培养基中，在7到8天后使用不同的极性标记物进行免疫荧光染色。
标记物表达分析结果证实，腺体结构专门由上皮细胞起源的细胞组成(图1A 和1F)。
而且，代表子宫内膜腺的球体展现出了正确的顶面-基底面极性(图1B 和1G)，高尔基体的方位(图1C 和1I),粘着小带(图1D 和1H)及紧密连接(图 1E)。
2图1. 体外培养的子宫内膜腺展示出上皮细胞的顶面-基底面极性。
使用BIE培养基极性体外培养8天后的腺体(A-E) 或小鼠子宫内膜腺(F-I)的冷冻切片双免疫染色。
A 和 F: 细胞角蛋白 (绿色) 和波形蛋白 (红色). B 和 G: 层纤连蛋白 (绿色) 和鬼笔环肽 (红色). C 和 I: GM130 (绿色) 和鬼笔环肽 (红色). D 和 H: ZO-1 (绿色) 和 E-钙黏着蛋白 (红色). E: ZO-1 (绿色) 和b连环蛋白(红色). 白色比例尺为20 mm. BIE 培养基 = 基本培养基加入 5 ng/mL EGF 和100倍稀释的 ITS 和3% 新鲜的 Corning® Matrigel® 基质; EGF = 表皮生长因子; ITS = 胰岛素转铁蛋白硒. (Eritja等, 2010)143.基因表达和mRNA剪切的模式根据细胞在2D还是3D条件下培养而有着显著的区别43,44。
比如说，黑色素瘤细胞培养在扁平底物上时展现出独特的基因表达模式，而3D环境下黑色素瘤细胞球体则不一样。
3D球体中上调的基因被发现也在体内的肿瘤中发生了上调。
还有研究表面，细胞培养底物的特征还会影响到整合素mRNA的表达和蛋白的生物合成。
扁平2D塑料底物上培养的乳腺上皮细胞a1整合素mRNA表达明显上调。
相比较来说，同样的细胞在3D条件下使用重构的基质膜（如Corning Matrigel基质）进行培养时，其mRNA表达水平可以和活体乳腺组织相媲美(13,46详述)。
原代细胞和干细胞的分化群落是天然3D的环境，其生化和拓扑学也对分化过程有巨大的影响47。
比如说，单层培养的原代肝细胞在几天内去分化并死亡48。
去分化肝细胞首先丧失的一大功能就是药物代谢酶的生物合成能力，这些酶对药物研究的毒性试验很关键48。
2D表面的肝细胞功能亏损可以通过将原代肝细胞嵌入3D基质（如I型胶原49, Corning Matrigel基质49, 合成肽支架50, 或维持在灌注流条件下51）中来克服。
总的来说，这些发现说明了3D细胞培养系统可用于帮助体内不同程度的细胞复杂性和功能的实现，具体由细胞类型和培养环境决定。
而大多数情况下，2D培养模型能够帮助实现的细胞分化和类似体内的功能则很有限。
2.3D细胞培养技术体外3D模型的一大关键特性就是能够模拟体内特定的细胞行为，使得能够精确预测组织的发育和形态发生、细胞分化、药物和毒性筛选试验中基因型和/或表型对化合物的反应。
有些更基础的3D模型还引入了悬浮培养细胞团，并在不使用基质基的底物情况下完成。
但是，多数更复杂的3D细胞培养模型要么利用水凝胶基的基质，要么使用固态支架。
大量的材料和制造技术用于开发具有不同物理和生物特性的支架，以满足体内不同类型细胞的需求。
在这多种方法中，天然来源的ECM基水凝胶最常用于体外的3D细胞培养应用。
33D球体培养细胞球体作为简单的3D模型，利用广泛种类的细胞制备，由于贴壁细胞趋向于聚集的特性从而形成球体。
常用的球体包括胚胎小体、乳腺球、肿瘤球体、肝细胞球和神经球。
贴壁细胞的天然特性就是易于聚集并在有阻碍其粘附到培养底物的条件下形成球体。
常见的用于制备球体的无基质方法包括使用抗吸附细胞培养表面（如 Corning® 超低吸附力表面），或通过维持细胞在培养基中悬浮培养（如悬滴技术，旋转培养和生物反应器）。
一些类型的细胞根据材料的结构和物理特性也能在3D水凝胶，一定程度上还能在一些固态支架中形成球体。
球体的总体大小仅限于几百微米，球体中心还会信还会形成坏疽52。
球体能够天然地模拟固态组织的多个特性，并自身具有能够高效运送氧和养分的梯度，还能保证代谢废物的运出。
这些细胞聚集物比标准的2D环境更能有效模拟无血管固体肿瘤的行为，因为球体和肿瘤类似，通常都具有异质的暴露和深埋在表面的，增殖和非增殖的，以及供养充足和缺氧的细胞53。
此外，多能干细胞（PSC）的分化通常都会涉及到被称为胚胎小体的球状结构的形成，这是体外后续细胞分化研究的重要步骤。
因此球体代表了一种用于研究固态肿瘤发生和干细胞分化尤其重要的生理3D模型。
除此以外，球体很容易通过光学、荧光和共聚焦显微镜等成像技术来进行分析，跟更复杂的3D细胞培养模型相比是一大优势。
而且，相对来说更容易实现均一大小3D球体的大量生产，因而适用于许多体外高通量和毒性筛选应用。