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傳統的2D培養的細胞間在一定程度上失去了組織聯系及相互作用，不能模擬體內微環境和細胞生長狀態，使得2D細胞培養模型不能完-全-滿足研究的需要，具有一定的局限性。于是，科研工作者將目光轉向更接近體內細胞狀態的3D培養模型。細胞球狀體（Spheroids）是最常見的3D細胞模型之一，可以自然地形成復雜的細胞-細胞和/或細胞-基質間相互作用，這種結構更接近于生物體內細胞的自然環境，從而更準確地得到體內-體外相關性的結果。

Keywords：3D Cell Culture, Spheroids, Ultra-Low Attachment surface.

細胞3D球狀體培養簡介

3D細胞培養（3D Cell Culture）是指將具有三維結構的材料與細胞在體外共同培養，使細胞能夠在載體的三維立體空間結構中遷移、生長，構成三維的細胞載體復合物。3D細胞培養可分為有支架培養和無支架培養。細胞球狀體（Spheroids）培養是一種無支架3D細胞培養方法，是最常見的3D細胞模型之一。與傳統的2D單層培養模型中的細胞不同，球狀體培養可使細胞與細胞聚集成球體，表現出細胞-細胞或細胞-細胞外基質（ECM）相互作用，從而能夠更加準確地模擬體內細胞環境。細胞3D球狀體模型有以下優勢：

1. 體外模擬復雜的組織結構，接近體內細胞生長環境，實現真實的細胞生物學功能。

2. 準確建立靶組織模型，有效預測病程和藥物反應。

3. 提高藥物篩選和毒理評價的準確性，細胞3D球狀體的復雜結構更能反映細胞對藥物的反應，因此在藥物篩選和毒性測試中能提供更準確的數據。

4. 對于組織工程和再生醫學的研究，3D球狀體模型提供了更適合的平臺，可以用于生物材料的評估、細胞植入體內前的預測性測試等。因此，細胞3D球狀體模型對于疾病模型建立、藥物篩選、毒理評價、再生醫學等方面的探索具有重要意義。

細胞3D球狀體模型制備方法

細胞3D球狀體（Spheroids）制備常用的有4種方法，即懸滴法（圖1A）、磁懸浮法（圖1B）、旋轉培養（圖1C）和超低吸附細胞培養板（圖1D）。其中，超低吸附細胞培養板法(Ultra-Low Attachment Plates)操作便捷，對細胞損傷小，是目前最-常用的細胞3D球狀體培養的方法。

【懸滴法(Hanging Drop)】

簡介：細胞通過重力沉積在懸掛液滴的底部，并逐漸形成球狀體。將一小滴細胞懸液（體積為10-30μL）種植在微孔板的蓋子上，然后將微孔板倒置，使細胞在重力作用下積聚在液滴的底部。

優點：具有高通量制備細胞球狀體的潛力。

缺點：懸滴法通常涉及小體積液體操作，定期更換培養基和細胞染色都需要較高的實驗操作技能。此外，它耗時且勞動密集，難以實現3D多細胞球體的長期培養。

【磁懸浮法(Magnetic-based levitation)】

簡介：利用磁場將含有納米顆粒的氧化鐵細胞團簇在一起形成球狀體。

優點：可控制細胞群的幾何形狀，能實現不同種細胞在共培養過程中的多細胞聚集。

缺點：細胞球體的大小和形狀難以控制，均勻性差。

【旋轉培養(Spinner Flasks )】

簡介：通過模擬微重力將細胞保持在動態液體中。沿其水平軸旋轉培養容器以完-全混合細胞。通過調節反應器的速度，可以將流體沖擊力和剪切力降至最-低。形成3D細胞球體后，反應器繼續以特定速度旋轉，以防止球體相互聚結。

優點：可模擬人體內的動態條件，適用于細胞的長期培養，便于大規模生產等。

缺點：培養系統依賴性大，培養對象只能是各相同性的組織和器官，如軟骨、肝等，不適于各相異性的組織器官。

【超低吸附細胞培養板(Ultra-Low Attachment Plates)】

簡介：超低吸附板中的低吸附力促進細胞自聚成球體，盡可能的降低細胞貼附、蛋白吸收和酶活性，維持細胞以懸浮不貼壁的狀態生長。

優點：超低吸附表面培養方法方便簡潔，可實現3D球體的長期培養和異質細胞的共培養。

缺點：對細胞活性要求較高，并不適用于所有細胞形成細胞球。

圖1 細胞球狀體培養示意圖（來源：Biofabrication、Nat Nanotechnol&Nanomaterials）

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參考文獻：

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