前言
截止至2025年7月30日，据未公开数据显示，使用三维培养体系的研发项目，其临床转化成功率较传统方法提升35-50%。一项以胶原膜为支架的心肌细胞三维培养实验指出“平面细胞像被驯化的家禽，而立体培养的细胞才是野生的猛兽”，这些在胶原支架中自主搏动的细胞团块，正以每分钟17次的频率嘲笑着二维培养皿里静止的同类（源于生物工程学报）。随着国家药监局2024年发布的《模型引导的罕见病药物研发技术指导原则》中，建议将基于三维类器官和器官芯片作为非临床研究的数据补充来源，加之基于三维生产国产干细胞首药睿铂生的批复，这场持续十年的培养皿维度之争终于迎来终章。
二维细胞培养简介
将细胞在平坦的培养皿（如细胞培养板或培养皿）上，使细胞附着在平面表面上生长，细胞在光滑坚硬的塑料/玻璃表面单层铺展。
二维细胞培养的局限性
细胞在体内组织所处的局部微环境是三维立体的，细胞在体外进行二维培养时，无法接受三维信号的刺激，进而无法形成立体结构，因此二维培养不能为组织细胞提供仿生的生长发育环境条件，因此所反映的生物学性状与体内组织细胞相差甚远，通常的结果是细胞发生去分化现象，培养的细胞不仅失去了正常的形态，而且失去了其生化与功能特性；其次二维培养会影响氧气等多种气体的传递、各种糖类营养物质的代谢及各种激素等信号分子的传导，会改变细胞的基因表达和剪接、拓扑结构和生物化学。
二维平面培养虽然目前是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，许多通过二维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，以二维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。
因此如何填补单层细胞培养和生物活体间的鸿沟，为细胞提供与体内相似的支架系统，创造与体内相似的生长环境，促使细胞增殖、分化及呈现出类似体内的功能成为体外细胞培养技术迫切需要解决的难题和发展趋势。近几年，随着组织工程的发展，三维细胞培养应运而生。
三维细胞培养简介
三维细胞培养是一种模拟体内三维生长环境的细胞培养方式，将干细胞与三维结构的支架材料共同培养, 构成三维的细胞&载体复合物，使其在三维立体空间生长、增殖和迁移，更好地模拟细胞在体内的生长环境，能更紧密地模仿复杂的细胞组织间相互作用以及在体内的微环境，为细胞最佳生长、分化提供了一个合适的微环境，并有在体外创造组织样结构的能力。
三维细胞培养的优势
三维细胞培养可以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，可以更广泛的应用于新药筛选、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。
二维培养和三维培养对比差异
为了更清晰的描述二维培养和三维培养的区别，也为了使读者阅读起来更直观明了，笔者整理了关于间充质基质细胞（mesenchymal stromal cell）在二维培养和三维培养各方面的差异性。并以如下表格呈现：
结语
虽然三维培养具有许多优点，但其也面临着一些挑战，例如三维培养支架材料的选择、设备选择、系统的匹配以及操作都更加复杂，需要更高的技术水平和实验设计，同时，目前还存在缺乏统一的标准和方法来评估和比较不同实验室的三维细胞培养结果等问题，然而，随着技术的不断进步和方法的改进，这些限制将逐渐克服，从而推动三维细胞培养的广泛应用和发展。
（本文转载自公众号“再生美学与再生材料杂谈”）
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