三維細胞培養系統使用天然或合成材料(如膠原蛋白、Matrigel基質膠、聚乳酸等)制備三維支架，模擬體內細胞外基質(ECM)的物理和生化特性；將細胞懸液接種至三維支架中，細胞通過自身相互作用或支架引導形成多細胞聚集體(如球狀體)，模擬體內組織形態；通過旋轉燒瓶、微流體控系統等動態培養技術，促進營養物質、氧氣和代謝廢物的均勻分布，避免靜態培養中的梯度差異；在培養基中添加生長因子、激素等，模擬體內微環境的生化信號，調控細胞增殖、分化和遷移。
三維細胞培養系統優點：
1.生理相關性更高
-模擬真實環境：三維結構更接近體內組織形態，支持細胞間、細胞-基質間的復雜相互作用，使細胞功能(如藥物代謝、基因表達)更貼近真實生理狀態。
-疾病模型優化：可重建腫瘤微環境(如血管生成、侵襲機制)，為癌癥研究提供可靠模型；還能模擬多細胞組織的機械特性(如彈性、硬度)。
2.細胞形態與功能穩定
-維持立體結構：細胞在三維環境中形成球形、管狀或片狀結構，避免二維培養中因鋪展導致的形態畸變，更好保留細胞極性、頂端-基底極性等特征。
-功能表達增強：例如肝細胞在三維培養中分泌白蛋白的能力明顯高于二維培養。
3.實驗結果更準確可靠
-減少離體偏差：三維培養的細胞對藥物、毒物的響應更接近體內反應，降低傳統二維模型的假陽性/陰性率，提高藥物篩選效率。
-支持長期培養：動態培養系統改善營養和氧氣供應，延長細胞存活時間，適用于組織工程和慢性病研究。
4.應用范圍廣泛
-干細胞研究：促進干細胞定向分化(如胚胎干細胞分化為器官組織)，用于再生醫學。
-藥物開發：評估藥物滲透性、療效及毒性，尤其適用于抗癌藥、抗生素等研究。
-組織工程：結合生物打印技術，構建皮膚、骨骼、血管等仿生組織。
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