MD高内涵应用系列手册-ImageXpress Micro高内涵3D细胞球成像..
MD高内涵应用系列手册-ImageXpress Micro高内涵3D细胞球成像检测手册
一、概述
1 当前细胞培养和观察的常用方法
十九世纪起，当显微镜出现后，人们就开始尝试对细胞结构进行观察，并在二十世纪发展出细胞的培养技术。单层细胞的培养相对方便，而且商业化的显微镜非常适合于平面的、薄样品的观察，所以，在二十世纪的中后期，人们普遍采用 2D 的细胞培养方法，进行生物学的研究，以及进行药物的筛选、开发和疾病治疗的研究。
2 2D 和 3D 细胞培养及对细胞的影响
通常，2D 细胞培养不但被用来在体外研究不同类型的细胞，还被用来进行药物的筛选和评价等各个方面。这种单层的培养体系使细胞生长于聚酯或玻璃的表面，同时存在的培养液能够给细胞生长提供养分。无数的生物学家通过这种方式极大地推动了生物学和医学进展。
然而，其简单的操作方法也造成了这种模式无法准确的描述和模拟细胞在体内复杂的微环境和各种复杂生物学过程，如细胞信号传递，生化过程或几何学改变。另外通过 2D 细胞培养方法获得的数据应用于体内也会造成一些误导和不可预测性。这些原因促使很多科学家将目标转向了 3D 细胞培养技术，一种在体外能够更加准确描述细胞真实微环境的方法。细胞在体外三维环境下生长产生特殊的生物物理和生物力学信号，这些都会影响到细胞的功能，如细胞迁移、细胞粘附、增殖和基因表达等 ( 如下图 )。
我们知道，有多种不同的 3D 细胞培养方法，不同的方法有着各自的优点和缺点。与 2D 培养不同，3D 细胞培养具有微小结构的形成和复杂的环境特征，能够促进细胞的分化和组织形成。实际上，相比较于生长于 2D 环境，在 3D 环境中细胞能够承受更多的形态学和生理学变化。有研究发现，细胞基底的成分和结构不但能够影响基因表达，还能增强细胞间联系。如有些促进细胞增值的基因在 3D 培养环境下受到抑制，从而不会像 2D 培养下那样无限生长。3D 细胞培养还会促进共培养环境下的两种不同细胞群体的生长，从而能够准确重现组织功能。另外，3D 培养技术能够使细胞微环境参数 ( 温度、化合物浓度、氧气、pH 等 ) 易于控制和监测。
但是 3D 细胞培养技术也有明显的缺陷，这些缺陷还需要技术进步来弥补。首先，一些基质胶会从动物或其他来源吸收一些有害或不需要的物质，如病毒，可溶性因子等，会干扰细胞培养。有些基质具有很好的细胞粘附性，使细胞去除过程更加困难。另外，3D 细胞培养技术是一种高性价比的技术，能够在药物评价阶段省掉动物药物测试过程，整个流程可实现自动化，可重复性好。
3 3D 细胞技术的延伸和前景
随着 3D 细胞培养技术的发展和成熟，大量的新的相关技术出现，如微流控技术、微器官技术等。这些技术使得培养环境的控制和监测更加容易，同时能够使药物推进临床的速度大大加快，评价结果的可靠性也会大大增加。
