2D细胞培养作为最早期的细胞培养模式，对于体外研究细胞的生理和病理具有重要意义。然而随着对细胞微环境的概念的逐渐了解，科学家们发现细胞在2D平面上的生长是人为的且不自然的，这样无法让细胞以最佳的生长状态去适应环境的变化，也就会出现与动物实验或临床实验结果相矛盾。正是2D细胞培养存在的局限性，另一种被称为3D细胞培养的模式在细胞形态学、细胞增殖、刺激反应、分化、药物代谢以及蛋白质合成等方面显示出了较为良好的改进。至此，三维细胞培养登上了一个快速发展的新台阶。

       自从第一个HeLa细胞系建立以来，细胞培养技术和已有的细胞系数量已经取得了很大的进展。另外从生物医药研究领域来看，细胞培养已经被证明是各种应用不可或缺的。2D培养方法逐渐显露出它的局限性，无法正确模拟细胞在体内环境的变化，进而衍生出3D培养的概念。从上世纪70年代开始，关键词3D培养在PubMed网站的出版物数量呈现指数增长，这种指数增长传达出来的信息就是3D细胞培养的重要发展和研究兴趣。

     
       3D细胞培养是指将动物细胞与具有三维结构的支架材料共同培养，使细胞能够在三维立体的空间生长、增殖和迁移，构成三维的细胞-细胞或细胞-载体复合物，从而更好地模拟细胞在体内的生长环境。目前主要分为有支架和无支架的三维培养技术。其中依附支架的材料主要包括胶原和水凝胶等，价格低廉、操作简单；不依附支架的主要是通过物理方法进行培养，主要包括微载体、磁悬浮、悬滴板等，这类操作复杂、成本投入较大。

图1 2D细胞培养模式图（左图）；3D细胞培养模式图（右图）

药物发现和药理反应研究

干细胞培养及分化研究

构建肿瘤模型与肿瘤生物学应用

基因和蛋白表达的应用

细胞增殖、周期以及生理学研究

细胞凋亡、信号转导等研究

细胞共培养、微环境等研究

为了更好地理解3D细胞培养在各方面的改进，小编为您多角度地分析两种培养技术下细胞呈现的状态，让您在开展研究时能够正确地选择细胞培养方法，以获得较为准确的实验结果。

表1 2D细胞培养与3D细胞培养的比较

       如今，研究人员逐渐意识到了2D培养在预测许多不同相互作用细胞类型的生物系统的复杂行为与再现组织的解剖或生理学等研究中存在的缺点，也正确地认识到了3D细胞培养可以更准确表示出细胞在生物体中经历的自然环境。细胞在三维环境中的行为和反应更像它们在体内应对刺激做出的变化，例如温度、pH、营养吸收、运输和分化的变化等。因此在临床研究、基础细胞生物学研究逐步从2D细胞培养转移到3D细胞培养。下面小编就为您整理了3D细胞培养在具体案例应用中展现的优势：

图2 3D细胞培养在不同应用案例中表现出的优势

       美国TheWell公司专注于生物材料研发，为3D细胞培养和体内注射系统相关领域的研究提供先进的产品和服务。目前国内外用户使用VitroGel进行3D细胞培养或动物注射发表文章30余篇，无异源动物成分水凝胶给您的细胞多一个维度，给您的研究结果多一份可靠，助您快速发文。

图3 VitroGel可调节型水凝胶（左，中图）；即用型水凝胶（右图）

图4 VitroGel的产品应用

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References

1.赵典典, 侯玲玲, 张婧思, 等. 三维细胞培养技术的发展及其在干细胞和肿瘤细胞中的应用[J]. 中国细胞生物学学报, 2015, 37(08):1140-1150.

2.Jensen C, Teng Y. Is It Time to Start Transitioning From 2D to 3D Cell Culture? Front Mol Biosci. 2020, 7: 33.