无支架三维（3D）细胞培养产品综合介绍

在细胞和组织培养领域，从上世纪 70 年代起二维（2D）培养科学家已经看到其局限性，并且更多地关注三维（3D）培养的优点，目前越来越多的研究从细胞培养的平面环境中转变到三维培养。

当前细胞生物学研究大多还是在二维平面培养进行，这种平面培养、生长方式与机体内立体环境差别很大，导致细胞形态、分化、细胞与基质间的相互作用以及细胞与细胞间的相互作用与体内生理条件下细胞的行为存在明显差异。2D 和 3D 环境下培养的细胞相比较，诸多生理指标都显著不同，例如原代小鼠乳腺管腔上皮细胞 （mammaryluminal epithelial cells, MEC） 在 3D 基底膜基质中增殖的时间明显长于 2D 培养环境；更有甚者，有时药物作用于 2D 培养的细胞呈现的效应与 3D 细胞相反。

3D 培养可以设计模拟体内的生理环境，让细胞在生理行为上与机体实际的生理环境更接近。随着在生物相关性，通量，产出量等方面的改进，伴随 3D 培养成本的降低，3D 培养在再生医学，基础研究和药物研发中的应用将越来越广泛，一场细胞由 2D 培养走向 3D 的变革正在发生。

3D 细胞培养-无支架三维培养

当前市场上有多种类型的 3D 培养系统，根据产品是否为细胞提供支撑（支架）材料（scaffold）大体可分为两种类型：基于支架（scaffold）的培养体系和无支架的培养体系。今天来介绍一下无支架的三维细胞培养体系。

没有供细胞粘附、生长和扩散的支撑结构，使培养基中的细胞聚集成为类似于组织的微组织球体（microtissue spheroids）。无支架的培养体系可通过悬滴（hanging drops）法让细胞在重力的作用下通过自组装形成微球体。这种方法的优点是可以通过控制悬滴而精准的控制微组织球，使其具有高一致性，为后续研究提供好的微组织材料。而且通过悬滴法可以实现对不同细胞类型的共培养，保证共培养细胞间的信息交流。

无支架的三维悬滴培养体系的代表性厂家为瑞士 InSphero,他们的 96 孔板设计可以通过手动操作，也支持自动化上样装置，可轻松实现微组织培养，在肿瘤研究和新型抗癌药物筛选等领域中被广泛选用。

下面对瑞士 InSphero 的悬滴培养产品做一简要介绍：

Insphero 于 2010 年使用 3D 悬滴培养技术（Hanging Drop Technology）制作出了 GravityPLUS 3D 悬滴培养系统，该系统包括通过悬滴培养技术让细胞悬液形成 3D 微球的 GravityPLUS 板，和用于 3D 微球培养和检测的 GravityTRAP 板，从而实现了 3D 微组织的长时间（长达 4 周）培养和药物检测。如图示：

2015 年 9 月 28 日，美国专利商标局（USPTO, The Unite States Patent and Trademark Office）正式授于 Insphero AG 的 GravityPLUS 3D 悬滴培养技术（Hanging Drop Technology）专利权。核心专利 WO2010031194 介绍了通过悬滴的方法用于 3D 细胞培养的多孔板。

InSphero 于 2015 年中旬又推出一款经济实惠的新产品：GravityTRAP ULA 板。GravityTRAP ULA 板只由一块板组成：GravityTRAP 板（锥形孔平底板），即培养和检测均在同一块板 GravityTRAP 板上完成，让 3D 细胞培养更方便，如图示：

InSphero 无介质支架 （scaffold-free） 培养形成的 3D 微组织呈多细胞球状体，无论在形态学上，还是在功能上均与自然组织类似。适用于标准的生物化学检测和免疫染色等处理。以便捷的 96 孔板内 3D 培养模式提供，在多种临床前检测中被广泛应用。紧密的细胞间连接，与体内类似的基因表达谱、营养和氧梯度等使 3D 微组织成为体外细胞实验的理想模式。

如今，全球最大的前 15 家制药和护肤品企业均在使用 InSphero 的 GravityPLUS?平台及 3D 微组织。

另一代表性厂家是为美国 N3D Biosciences,下面其做一简要介绍：

美国 n3D Biosciences,Inc 以磁化细胞培养技术为基础，研发出一系列磁力驱动 3D 细胞培养产品，如图示：

磁化细胞培养技术：以 NanoShuttle（一种生物相容性磁性纳米颗粒）为中心，将其加入到细胞或培养基中磁化细胞，然后再使用磁力驱动器，就可以让细胞进入磁悬浮状态或将细胞打印（printing）成具有结构和生物性能的典型 3D 模型（环状或微球状）。

其它无支架 3D 培养产品如： InfiniteBio 公司 SCIVAX 3D 产品，其 NanoCulture Plate（NCP） 为合成聚合物 （syntheticpolymer） 材料，具有超低粘附力的微板结构表面，细胞在此微结构上迁徙、相互粘附形成微球体。BioLevitator 应用磁性微球载体，整合 3D 和微载体培养技术实现高密度 3D 细胞培养；microtissues 的 3Dpetri Dish 通过琼脂界面进行 3D 培养等。

三维细胞培养的缺点与局限

三维细胞培养对药物研发和毒性测试意义重大，但当期也有一些问题尚待解决。总体上说，材料科学与生物学的结合使当前 3D 培养方式越来越多样化，用户的选择空间很大，可在比较中找到最适合自己的方法。众多的 3D 培养方法重点关注如何让 3D 体系更加接近人体实际环境，而对药物研发企业，他们除了模拟实际环境，还要求高效、自动化，使用成本大大降低。

具体参见：

http://www.qbioscience.com/products_t303.html