3D 細胞培養

傳統的細胞培養是在簡單、無孔的二維 (2D) 表面上開發的，這促進了這項重要技術在整個生命科學領域的擴展。由於活體細胞與其三維環境互動，三維細胞培養工具、試劑和技術已經創造出更具預測性的體外細胞模型，用於不同的應用和學科，包括癌症研究、藥物發現、神經科學和再生醫學。

三維細胞培養模型根據方法一般可分為兩大類：1) 使用水凝膠或結構支架的基於支架的方法，以及 2) 使用自由浮動細胞聚集體（通常稱為球體）的無支架方法。方法的選擇主要取決於細胞本身的性質，也取決於 3D 培養的目標和目的。

以支架為基礎的 3D 細胞培養技術

在以支架為基礎的培養中，細胞在各個維度上都由人工結構或稱為水凝膠的聚合物網路所支撐。這些親水性網路可能含有超過 90% 的水份，並且可以由來自動物的細胞外基質 (ECM) 蛋白組成，或以不含動物的合成配方提供。

所謂的「硬」支架也可以使用具有纖維或海綿狀結構的專用培養皿製作，通常由生物可降解材料（如聚己內酯或光學透明聚苯乙烯）組成，以優化成像效果。

無支架三維細胞培養系統

當細胞不在支架上生長時，它們可能會形成稱為球體的三維聚集體，球體會分泌自身的 ECM，使其更像原生實體組織。常見的例子包括癌症腫瘤球，可研究腫瘤形成過程中的氧氣梯度和養分存取。在藥物開發和毒理學的高通量化合物篩選中，球形培養物通常受到青睞，因為球形培養物比 2D 培養物提供了更多生物相關的模型。球形體培養可在多種環境中實現，包括低附著性微盤、生物反應器和微流體培養系統。

三維細胞培養的進階應用

進階的三維細胞系統可讓研究人員在經典二維細胞培養技術的可及性和體內動物模型的生物相關性之間進行混合，同時減少倫理上的疑慮。最近，先進的 3D 細胞培養方法，例如腫瘤球體、幹細胞和病患衍生的有機體，以及透過 3D 生物印刷與細胞和生物墨水進行的組織工程，已被運用於更接近活體細胞反應的模型。由 iPS 細胞衍生的有機體已可在市面上買到，用於特定的組織，相較於實驗室培養的有機體，可提高可重複性的潛力並加速結果的產生。