個性化治療的希望！3D細胞培養技術即將走向春天！

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《轉》譯

《轉》譯是轉化醫學網原創編譯類品牌欄目， 重點關注基因檢測、細胞治療、體外診斷、精準醫療等轉化醫學領域，旨在傳遞國外新技術、新動態，同時圍繞這些領域的知名企業、專家觀點、商業模式等也是《轉》譯關注的重點。

過去二十年來，醫學科學取得了巨大的進步。在醫學領域的飛速發展過程中，科學技術的進步發揮著重要的作用。其中3D細胞培養技術就是過去十年里一項越來越受歡迎的技術。

在過去十年中，業界的重點已經逐漸轉向發現和開發新葯。科學家和研究人員們越來越多地開始利用體外技術——從基於生化實驗轉移到基於細胞的研究方法。例如，模擬人體器官晶元技術和3D細胞培養技術均在藥物開發方面得到廣泛的應用。

3D細胞培養模型可以用來闡釋人類的細胞結構，並且可以應用於治療相關的研究——如發育生物學、基因和蛋白質表達以及組織形態學。後續的研究將為3D細胞培養模型發掘越來越多的用途。

體外培養的「迷你」胃

體外培養的「迷你」腦

體外培養的「迷你」直腸

2D和3D細胞培養

2D細胞培養模型為疾病病理、組織形態和細胞生長相關研究的基礎。然而這種2D細胞培養模型有諸多限制，所以發明一項新的技術勢在必行。在2D細胞培養中，單層生長的微環境不足以充分模擬體內生長的條件。在2D模型下得到的數據不能非常清楚地闡釋研究，因此在過去十年中3D細胞培養變得越來越重要。

人體組織是一個複雜的3D構型，並且被構成組織微環境的細胞外基質（ECM）所包圍。當細胞通過一個由化學信號或機械信號構成的通信系統與相鄰細胞及ECM發生相互作用的時候就形成一個複雜的通信網路。該通信網路能夠調節細胞的形態、增殖、基因表達、活力、分化甚至整個細胞的功能。相關的細胞培養模型應該具有類似的細胞通信，模型中的微組織應當就像體內組織一樣。

要了解並進行3D細胞培養的統計分析，必須有足夠的樣本量。這意味著有必要複製3D細胞培養物並從中汲取數據集。 3D細胞培養的第一步是初始細胞的接種，這一步非常耗時。自動化的工作流程使得有關細胞培養的深入研究變得越發高效。自動化工作流程結構已經應用於實驗室，並且最近在3D細胞培養中也得到應用。

高質量成像的重要性

細胞培養研究中最重要的進步是創建3D微組織的成功。而微組織圖像——微組織生長、結構和健康圖像可以反應出很多重要的數據。這些微組織成像技術在過去十年中取得了很大進步。但是如果想要得到細胞或者細胞團塊的精確數據，則需要成像系統有著足夠的穿透力。承載著微組織的培養基應當非常適合成像，而不會干擾整個成像過程。近來，幾種創新性的成像技術得到了認可，例如採用自動化工作台來修改或操縱同一培養板上的圖像。這使得在不移動或者干擾微組織的前提下快速監測微組織的生長成為可能。

當前的成像技術能夠捕獲3D圖像，進而用於分析和研究。通過實施共聚焦成像技術收集的高解析度數據使得研究人員們能夠在亞細胞層面進行數據分析。

結論

醫療領域的進步促進了3D細胞培養技術的發展。3D細胞培養模型將會為研究人員提供可用於設計體內測試的數據，並且有望縮小2D細胞培養和臨床試驗之間的鴻溝。研究人員和科學家正在努力將3D細胞培養模型用於臨床治療——利用患者本身的細胞制定一個個性化的治療方案。就3D細胞培養模型而言，仍然有很多挑戰和難題。這些挑戰可以交由行業專家和研究人員處理，並且新技術的蓬勃發展將會為這些難題提供可行的解決方案，以獲得更加準確、精確和結構良好的工作流程。