三维细胞培养技术及其应用进展

Abstract

三维（3D）细胞培养模型是将具有3D结构的载体与不同类型的细胞在体外共培养，以模拟体内微环境的系统。这种新型细胞培养模型经证明与体内的自然系统接近，在细胞附着、迁移、有丝分裂和凋亡等过程产生不同于单层细胞培养的生物学反应，因此可作为评价活性物质动态药理作用和癌细胞转移过程的理想模型。本文对比分析了二维（2D）和3D模型培养下细胞生长发育的不同特点，介绍了3D细胞培养模型的建立方法，重点总结了3D细胞培养技术在肿瘤模型和肠道吸收模型中的应用进展，并揭示了3D细胞培养模型在活性物质评估和筛选中的应用前景。通过本文综述，期望可为新型3D细胞培养模型的开发和应用提供参考。

0. 引言

细胞体外培养模型和动物体内实验常常用于研究各类疾病的发生和发展。细胞体外培养是指将来自动物或人体的细胞培养于适宜的环境下，使细胞能够正常生长、繁殖并维持一定结构和功能^[1]。传统动物体内实验是一种主要依靠神经行为学观察和组织病理学检查的方法，与细胞体外培养模型相比存在明显的局限性，主要表现为：实验周期长、成本高以及实验结果主观性较强，不能从毒性作用机制方面解析活性物质的神经性毒性，并且活性物质在动物体内发挥作用的机制与其在人体中的作用机制存在较大差异，不能完全反映活性物质的实际代谢情况^[2]。细胞体外培养实验在一定程度上弥补了动物实验的不足，特别是在细胞分子机制相关方面的研究，但是随着细胞培养模型研究的不断深入，研究人员发现二维（two-dimensional，2D）细胞培养模型存在细胞存活率低、细胞形态容易受损、细胞缺乏良好的组织结构等缺点。因此，为了弥补2D细胞培养模型的不足，研究人员设计开发了第三维度的细胞培养方法^[3]。

三维（three-dimensional，3D）细胞培养模型的研究结果与临床试验结果接近，特别是在抗肿瘤药物的筛选方面。将3D细胞培养模型与高通量药物筛选相结合，可以更高效地得到具有参考价值的临床候选药物。随着科学技术的进步以及创新药物和功能食品研究的不断深入，人们开始对可以调节人体机能的天然活性物质的生理生化作用有了进一步的认识^[4]。目前，单纯依靠药物来辅助治疗疾病还存在一定的风险，所以越来越多的研究人员开始着手从天然物质中寻找有效的功能因子。大量研究表明，黄酮类、萜类、多糖类、皂苷类等天然活性因子具有预防和治疗疾病的作用^[5]，而对于活性因子的毒理学及功能性评价急需开发一种高效的体外评价模型。本文对比分析了2D和3D细胞培养模型的优缺点，简要概述了3D细胞培养模型的构建方法，并对3D模型的应用进行了总结和探讨。通过本文综述，期望可为生物活性因子的毒理学和功能性评价新模型的开发提供理论依据。

1. 体外细胞培养

正常细胞从分裂、增殖、迁移到凋亡的过程，在本质上依赖于空间和时间组织原则，存在着细胞和细胞、细胞和基质间的相互关系。因此，细胞体外培养需要模拟细胞在体内生长的微环境，提供满足细胞正常生长的条件。体外细胞培养技术自创立以来，在生物学及医学领域快速发展和应用，已经成为各个领域进行科学研究的重要手段。目前细胞体外培养常见的模型分为2D细胞培养模型和3D细胞培养模型。

1.1. 2D细胞培养模型

2D细胞培养模型是指在特定培养条件下，使细胞在培养皿或者培养瓶中生长，让细胞在外基质环境中处于2D平面生长的状态。用于2D体外细胞培养模型的细胞株多种多样，如人结肠癌细胞Caco-2、人肝癌细胞HepG2、小鼠腹水瘤细胞S180、人造血系肿瘤细胞U937等，根据这些细胞株生长的方式，可分为贴壁细胞和悬浮细胞，其中绝大多数体外培养的细胞以贴壁的形式进行生长。由于动物体内实验常常受到伦理等问题的限制，使得细胞培养实验逐渐在生物活性验证、药物筛选、毒理学评价等研究中逐渐占据主导地位^[6]。目前2D细胞培养技术已经取得了巨大的进步，利用细胞在体外建立抗癌^[7]、抗炎^[8]等模型，可以有效地评估生物活性物质的生理生化功能。Jiang等^[9]在体外成功培养了人角膜内皮细胞（human corneal endothelial cells，HCEnC），并构建了一种评价紫外线（ultraviolet，UV）对细胞HCEnC损伤愈合的体外细胞培养模型，研究结果表明细胞的愈合效果与UV的剂量相关，当使用抗坏血酸-2-磷酸酯这种抗氧化剂时可以显著减少细胞内的自由基，从而改善UV对细胞HCEnC造成的损伤。Khalifa等^[10]建立脂肪化的人肝癌细胞HepG2模型，证明多肽激素艾塞那肽（Exendin-4）可以通过Wnt/β-catenin信号通路直接激活胰高血糖素样肽-1受体（glucagon-like peptide-1 receptors，GLP-1R），进而下调肝型脂肪酸结合蛋白（fatty acid binding protein，FABP1）和叉头盒蛋白A1（forkhead-box A1，FOXA1）的表达，减少脂肪酸摄取和转运，从而改善了油酸诱导的人肝癌细胞HepG2中脂质的沉积。除了通过调节某种信号通路之外，也可以敲除特定基因来直接治疗某种疾病。比如，基于DNA聚合酶（DNA polymerase theta，DNA-POLQ）在肝癌中的表达，通过体外培养人肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）细胞，利用慢病毒感染DNA-POLQ构建HCC细胞培养模型。有研究报道，通过敲除DNA-POLQ，并与相应阴性对照对比分析，以了解HCC细胞功能丧失的情况，并利用该体外细胞培养模型揭示DNA-POLQ可能参与了HCC的发展，以此来证明敲除DNA-POLQ可能是治疗HCC有效的方法之一^[11]。另一项研究指出，对于基因治疗系统这种新手段，可以直接通过肽转运蛋白来敲除人诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem，iPS），进而将细胞分化为肠上皮样细胞，以此建立更精确的肠道药物吸收模型^[12]。虽然构建2D细胞培养模型的技术越来越成熟，但是在某些研究中，利用2D细胞培养模型所得出的实验结果与动物体内实验的结果仍存在较大的差异，产生这些差异的主要原因可能是细胞之间在一定程度上失去了组织联系及相互作用，即细胞在体外培养条件下的生长情况与体内的生长情况存在一定差异，从而使得2D细胞培养模型不能完全满足研究的需要。因此，急需构建一种能够准确模拟体内细胞生长的方法，从而满足细胞体外相关研究的需求。

1.2. 3D细胞培养模型

3D细胞培养模型是近年来开发的一种新型细胞体外培养技术，它的培养方法是将细胞、细胞生长因子、再造基质蛋白以及适合的骨架混合在一个体系中进行共同培养，其目的是使细胞的生长环境更接近生物体内的状态，有效模拟细胞在人体内的微环境，从而进行相关疾病的研究。将2D细胞培养模型和3D细胞培养模型进行对比，其各自的优点及局限性如表1所示。

表 1. The advantages and limitations of 2D and 3D cell culture models.

2D细胞培养模型和3D细胞培养模型的优点及局限性

模型	优点	局限性
2D细胞培养模型	建模相对简单；细胞培养技术相对成熟；建模成本低； 利于种子细胞制备	无法了解细胞在组织内的功能和应答反应；细胞呈现扁平形态；分裂异常、丧失细胞分化表型；不能复制组织的解剖学或生理学；批次培养质量不可控
3D细胞培养模型	细胞与细胞外基质可以相互作用；实验结果更可靠；适合药物高通量筛选；模拟细胞的体内生长环境；高质量的细胞繁殖；细胞寿命更长且细胞更稳定	成像取决于支架尺寸、材料透明度和显微镜的成像深度；仿生支架批次之间的重现性不稳定；细胞培养技术仍需探索；建模成本高

在3D细胞培养模型中，细胞对内源性和外源性刺激（如温度、pH、营养吸收、转运和分化等）的应答更接近于它们在体内的状态，能够更加准确地模拟细胞在正常和病态下的生理生化状态。Paniushkina等^[13]基于琼脂糖插片的3D细胞培养模型和2D细胞培养模型评估了细胞外囊泡（extracellular vesicles，EV）的产生、分离和表征。与2D细胞培养模型相比，3D细胞培养模型允许在无血清条件下长期培养不同来源的细胞，且可以轻松恢复EV，从而使实验结果更加准确。作为体外2D细胞培养和细胞体内天然生长环境的桥梁，3D细胞培养模型具有不可比拟的优势，主要表现为3D细胞培养下既能模拟细胞体内生存的微环境又可以直观检测细胞生长状态。当采用共培养的方式培养细胞时，还可以依据实验目的的不同进行相应的调整。例如，研究上皮结构的生成可以将胶原蛋白层与嵌入式的人肠纤维细胞共培养，一起构建3D人结肠癌细胞Caco-2模型^[14]，这种先进的肠道模型可以更好地再现体内肠道微环境及其生理特征。

2. 3D细胞培养模型的建立方法

正常情况下，细胞的分裂、增殖和调亡过程都是在体内微环境中进行，2D细胞培养模型仅仅是将该过程转移到体外，通过添加支持细胞生长的载体如聚苯乙烯和玻璃，使细胞在其表面进行生长，但这些基质并不能使细胞进行精确复制，而且阻碍了细胞之间、细胞和基质间的信号传递^[3]。另外，许多2D细胞培养实验中没有充分考虑到不同类型细胞之间的相互作用，绝大多数的培养为单一类型细胞的培养。为了弥补2D细胞培养模型中的不足，创造一种尽可能接近原生组织的生长环境，研究人员将细胞引入到具有生物相容性的支架中，并充分考虑支架的选材、细胞来源和实际的培养方法等重要参数，构建了满足不同研究需求的3D细胞培养模型。目前，3D细胞培养的模型主要包括无支架的3D细胞培养模型和有支架的3D细胞培养模型。

2.1. 无支架的3D细胞培养模型的建立

无支架的3D细胞培养模型又称为3D多细胞聚集球体模型（3D multi cell aggregation sphere model，3D MCTSs）。如图1所示，3D MCTSs通常是由细胞单独培养或者共培养技术来构建的模型，主要的方式包括使用超低附着培养板或采用悬挂滴培养、旋转培养和凹板法^[15-16]，以及采用近年来出现的微流芯片技术等。目前，这些无支架的3D细胞培养建模方法已经得到广泛应用。例如：张增利^[17]采用无支架的3D细胞培养模型中最常用的超低附着培养板法，即利用附着板中半球结构的低黏附力促进细胞自聚成球体，成功建立癌症患者来源的3D肿瘤细胞培养系统。通过这种方法构建的3D肿瘤细胞培养模型可以随时观察细胞生长状态。此外，还利用此技术在体外构建了非小细胞肺癌原代细胞球模型，用于药物的筛查。研究结果表明，这种无支架的3D细胞培养模型可以提供可靠的药物筛查数据，是一种高效的药物高通量筛选的方法。Štampar等^[18]利用悬滴培养法构建了一种3D人肝癌细胞HepG2培养模型，构建方法主要是通过在培养基中添加了4%甲基纤维素来开发球状体，通过对此3D细胞培养模型进行表征发现，与传统的2D细胞培养相比，此模型中细胞的形态更接近体内组织和器官中细胞的状态，且此模型可用于评估化学物质的遗传毒性作用。但是悬滴法在实际操作中比较复杂，相比之下，凹面细胞培养法会相对简单，此方法只需要在细胞培养器中放入适合的多凹面细胞培养板，利用凹面光滑的末端槽就可以获得大量的细胞球体。随着体外培养技术的不断发展，研究人员开始将细胞培养与微重力结合，这种细胞培养方法同样也不需要支架，只需要通过旋转细胞培养系统（rotary cell culture system，RCCS）来模拟微重力，构建流程为：先在体外培养目标细胞，再将细胞植入建立的模拟微重力仪器中，然后通过微重力回转器与地面平行旋转，使细胞在该系统中呈自由落体状态生长^[19]。为了使细胞表型和生物学特性更加准确，Miller等^[20]开发了3D微流控细胞陈列芯片技术，该技术能够真实重构肿瘤细胞中的3D微环境和微血管内皮细胞。此外，该模型不仅能够更好地预测特定肿瘤患者对抗肿瘤药物的敏感性，而且还能为患者找到更好的治疗方案。与常规2D模型培养的肿瘤细胞相比，在3D细胞培养模型中球体细胞和相对封闭的球内细胞均可以充分接触培养基，这有利于维持细胞的表型，因此可以提供相对准确的观测性结果。

图 1.

Schematic representing the 2D and 3D cell culture models

2D和3D细胞培养模型示意图

2.2. 有支架的3D细胞培养模型建立

有支架的3D细胞培养模型是将目标细胞、细胞生长因子、再造基质蛋白以及支架混合后共同培养。因为细胞之间存在高度异质性，在不同细胞以及细胞微环境之间具有复杂的相互作用，与无支架的3D细胞培养模型相比，有支架的3D细胞培养模型更有利于细胞之间、细胞与基质间和组织间信号的传递^[21]。在有支架的3D细胞培养条件下，要使细胞更“接近体内”状态就必须要考虑培养过程中所用支架的选择，不同种类的细胞需要选择其合适的支架。其中，琼脂糖、胶原蛋白、纤维连接蛋白、明胶、层粘连蛋白、玻璃体粘连蛋白等都是常用的支架材料。这些材料通过孔隙度、纤维性、渗透性和力学稳定性来模拟细胞外基质，进而增强黏附细胞的生长和相互作用，促进细胞之间的相互交流和信号的传递^[22]。在一些以水凝胶为支架的3D细胞培养模型中，因支架材料中含有大量可溶性生长因子而使细胞具有较高的生物活性，从而有利于细胞的生长和分化。Liu等^[23]利用生物可降解、热敏性强及可注射的羧甲基甲壳素水凝胶为支架，使细胞在此培养系统中可以持续增殖，从而形成具有较高细胞活性的3D多细胞球体。Saleh等^[24]使用琼脂糖凝胶通过液体覆盖技术制备了3D球体模型，成功构建了黑色素瘤B16F10、巨噬细胞J774和小鼠胚胎成纤维细胞NIH/3T3三种细胞系的3D细胞培养系统，并基于此模型研究了黑色素瘤B16F10的微环境以及新药物的抗癌作用。Turtoi等^[25]建立了一种基于透明质酸（hyaluronic acid，HA）的人肝癌细胞HepG2培养模型，通过把人肝癌细胞HepG2植入透明质酸/聚甲基乙烯基醚-ALT-马来酸酐（hyaluronic acid/polymethylvinyl ether ALT maleic anhydride，HA3P50）支架中来构建3D细胞培养模型，结果表明此方法建立的人肝癌细胞HepG2培养模型可以通过控制肝细胞特异性生物标志物（白蛋白、尿素、胆汁酸、转氨酶）的释放和细胞色素P450（CYP）7A1酶的合成，增殖成更大的细胞聚集体，表现出类似于体内肝脏的功能。Zhang等^[26]分别构建了共培养和单细胞培养两种细胞培养模型，通过把悬浮的小鼠胚胎细胞NIH/3T3转移至12孔细胞侵袭实验培养板（Transwell）后添加胶原凝胶使其表面胶化，然后对肠上皮、纤维细胞网络和细胞外基质进行改进，并在上层接种人结肠癌细胞Caco-2，让细胞生长在3D空间中，以此构建3D Caco-2/3T3共培养模型；同时建立了只含有人结肠癌细胞Caco-2的单细胞培养模型。利用这两种细胞培养模型研究药物的渗透性和药物的吸收率，研究结果表明共培养模型可以作为研究药物吸收转运的理想模型。

3. 3D细胞培养模型的应用

体外细胞培养模型与动物体内模型相比，成本更低，更容易控制，且可以克服伦理问题的限制，所以越来越多的研究选择体外细胞培养模型进行相关的功能验证和活性评价。2D细胞培养模型固有的缺陷限制了其应用，3D细胞培养模型与2D细胞培养模型相比，灵活性好以及更能适应实验的变化，逐渐成为研究各类疾病发生机制、药物高通量筛选、活性物质的功能验证等领域的理想模型。

3.1. 3D肿瘤细胞培养模型的应用

恶性肿瘤严重威胁着人类的生命和健康，近半个世纪以来，世界各国均投入了大量人力、物力从事恶性肿瘤的研究，由于2D细胞培养模型无法准确地模拟癌细胞在体内的状态，所以开发体外3D肿瘤细胞培养模型逐渐成为了研究的热点。3D肿瘤细胞培养模型中细胞的极性和基因表达与机体内肿瘤细胞非常接近，因此3D肿瘤细胞培养模型逐渐成为抗癌药物高通量筛选的理想模型，在评估药物的治疗效果方面发挥了至关重要的作用。此外，3D肿瘤细胞培养模型的构建对于治疗性DNA疫苗、单克隆抗体的体外实验等相关的研究也具有重要意义。近年来3D肿瘤细胞培养模型发展迅速，不仅仅在建模上采用新技术，而且能够针对疾病的特殊性，应用在个性化治疗和免疫治疗等方面，为开发个性化的抗肿瘤治疗提供了新思路。Betriu等^[27]利用3D自组装肽支架培养了胰腺导管腺癌细胞（pancreatic ductal adenocarcinoma cells，PDAC），建立了厄洛替尼治疗表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor, EGFR）内化和降解的新模型，并与2D PDAC培养模型对比，结果显示3D细胞培养模型更加准确模拟了体内肿瘤细胞生长的微环境。Grunewald等^[28]采用3D生物打印技术大规模构建了重复性较好的3D神经母细胞肿瘤模型，该模型是一种用于临床的嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（chimeric antigen receptor T cell immunotherapy，CAR-T），可以根据细胞表型来进行体外分析。此外，研究人员还开发了卵巢癌和前列腺癌3D细胞培养模型，重现了肿瘤发展的复杂过程^[29-30]。

从研究和应用的角度来看，体外细胞培养模型已被证明是评估活性因子特定功能不可或缺的手段之一。研究表明，海藻酸钠/明胶可以在体外制备3D肿瘤细胞培养模型^[31]，并利用该模型评估了藏红花素对人乳腺癌细胞MCF-7细胞的抑制作用，研究结果表明3D细胞培养模型弥补了2D细胞培养模型在藏红花素药性评价方面的不足。从细胞生物学角度来看，诱导肿瘤细胞分化、抑制相关肿瘤基因的表达和肿瘤细胞增殖或者导致肿瘤细胞死亡的活性物质均可发挥抗肿瘤作用，这些活性物质主要通过抑制细胞周期和诱导细胞凋亡而发挥作用^[32]。虽然抗肿瘤药物的研发在不断的突破，但目前仍然存在着很多恶性肿瘤无法攻克的现实。肿瘤相关的研究应充分考虑肿瘤细胞在体内微环境的存活状态以及肿瘤细胞之间、细胞与外基质之间所传递的信号，这对于攻克肿瘤治疗中的相关难题具有重要意义。Milazzo等^[33]将丝素蛋白（silk fibroin，SF）作为支持3D细胞培养模型的支架材料，为了更加有利于信号的传导，SF支架的结构设计为多孔海绵的形式，通过对此模型进行表征证明了它可以用于研究肿瘤的防治等相关工作。徐怡朦等^[34]以水凝胶为支架材料，通过3D生物打印技术构建了人乳腺癌细胞MCF-7和人乳腺癌细胞MDA-MB-231的3D细胞培养模型，并对比分析了在2D和3D细胞培养模型中阿霉素对癌细胞的增殖效果的影响，研究结果表明人乳腺癌细胞MDA-MB-231对阿霉素的耐药性高于人乳腺癌细胞MCF-7，且与2D细胞培养模型相比，3D细胞培养模型中的球体内部存在差异增殖区，细胞可以躲避药物的穿透，使得3D培养的人乳腺癌细胞MCF-7和MDA-MB-231对阿霉素的耐药性显著增加。因此，3D细胞培养模型可以在体外高效准确地评估抗癌药物的疗效，可用于抗肿瘤活性物质的筛选工作。

3.2. 3D肠道细胞培养模型的应用

体外培养的肠类器官可以很好地模拟体内肠隐窝和微绒毛等结构^[35]，在此模型中细胞可以吸收培养基中的氨基酸、葡萄糖、无机盐等营养成分，该模型具有体内肠道组织的许多生理学特征，所以越来越多的肠道相关研究更加倾向于使用肠类器官模型。Xu等^[36]采用了3D人结肠癌细胞Caco-2培养模型研究了肠上皮细胞在肿瘤坏死因子-α刺激后的生理学反应，研究结果表明此肠道细胞培养模型为肠屏障疾病潜在机制的研究提供了全新的思路与解决方案。梁提松^[37]根据人结肠癌细胞Caco-2细胞独特的结构，使用水凝胶构建3D Caco-2细胞培养模型，对杨梅花色苷在体外吸收和抗氧化性进行了评价，验证了3D Caco-2细胞培养模型比2D细胞培养模型更具优势，同时也为基于3D肠细胞培养模型研究功能因子的作用机制提供了科学的依据。3D人结肠癌细胞Caco-2培养模型具有肠细胞特殊的绒毛结构，常用于研究药物或者活性物质吸收、代谢等过程，可以为药物评价提供可靠的研究数据^[38-39]。本文总结了3D细胞培养模型的应用，如表2所示^{[14, 27-39, 40-42]}。

表 2. Applications of 3D cell culture systems.

3D细胞培养模型的应用

类型	应用
3D肿瘤细胞 培养模型	肿瘤建模的新突破，基于3D肿瘤细胞培养模型开发个性化治疗方法[27]。 开发新颖的抗肿瘤免疫治疗及体外分析模型[28]。 基于3D肿瘤细胞培养模型，评价药物敏感性和耐药模式[29]。 重现癌症发展过程的复杂性，包括胰腺癌[27]、神经母细胞肿瘤[30]、卵巢癌和前列腺癌[31]。 评估活性物质和药物的抗肿瘤活性，包括酚类化合物[31-33]和抗生素类[34]。
3D肠道细胞 培养模型	构建3D人结肠癌细胞Caco-2培养模型评价药物渗透[14]和吸收的相关性[26]。 评价药物吸收代谢和功能活性[35]。 有助于体外模拟肠道系统[38]及肠屏障疾病潜在机制的研究[36]。 评价药物及活性物质的潜在功能[39]。
其他3D细胞 培养模型	利用硫醇-烯水凝胶交联系统构建了3D人肝癌细胞Huh7和HepG2培养模型，可用于肝病的生理学研究[40]。 使用3D明胶-软骨素-6-硫酸盐-透明质酸支架构建一种组织工程皮肤替代品，在此模型加入转基因毛囊干细胞促进血管的形成[41]。 利用可调物理特性的水凝胶构建了胰腺β细胞培养模型，此模型中鼠胰岛癌细胞MIN6可以感知底物，显著增加了对葡萄糖的敏感性[42]。

4. 结论与展望

3D细胞培养模型可以使细胞具有更多类似于在体内生存的生理学特征，目前，3D细胞培养模型的应用涉及了各个领域，不仅仅局限于对活性物质的功能性评价，在临床医学中也具有广泛的应用，特别是在体外重现癌症发展的复杂过程方面。此外，在化学物质毒性预测以及风险评估中，3D细胞培养模型可以实时评估药物代谢和毒副作用，为化学物质的管理提供了理论依据。本文重点介绍了3D细胞培养模型的特点、建立方法及应用。3D细胞培养模型不仅有利于细胞的生长和分化，还有利于细胞之间、细胞与基质间的信号传导。3D细胞培养模型向人们直观地展现了细胞培养过程的形态，且在细胞培养过程中具有良好的可控性。3D细胞培养模型高度模拟了细胞生长的微环境，使细胞保持了类似于体内的分子基因型和表型；还可以结合实时活细胞成像分析，以及虚拟化现实（virtual reality，VR）可视化细胞，直接获取细胞的图像，为活性物质和药物的初筛提供可靠的数据。随着3D打印、3D芯片、3D细胞培养高内涵成像分析、生物反应器等技术的快速发展，3D细胞培养技术在癌症研究、活性物质的挖掘、功能食品的开发等领域具有更广泛的潜在应用价值。目前，3D细胞培养模型的建立仍然存在一些问题和挑战，如技术的成熟度不足、建模的成本较高、可重复性较差、高通量分析以及自动化技术尚待完善等，建立标准化的3D细胞培养模型仍然需要进一步的研究。未来可以通过多学科交叉，如结合材料科学、细胞生物学和生物反应器设计等多个关键领域来建立标准化的3D细胞培养模型，从而解决3D细胞培养模型中现存的问题，使3D细胞培养技术逐渐走向成熟。

重要声明

利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：卢晓琴和刘晓凤为综述主要撰写人，完成相关文献资料的收集和分析及论文稿件的写作；钟浩、张维和余淑珍参与文献资料的分析、整理及论文修改；关荣发为论文的构思者及负责人，指导论文写作及论文的主要审核人。

Funding Statement

国家自然科学基金资助项目（32172202）；浙江省重点研发计划竞争性资助项目（2021C04032）；浙江省自然科学基金资助项目（LQ23C200012）