科学家们已经研究了一个多世纪，如何通过实验室设备（如培养皿、玻璃板和各种培养基）来培育植物和动物细胞，以产生新生成的细胞集合，称为细胞培养。科学家们精心维护这些细胞培养物，为其提供必要的营养和生存及繁殖所需的环境条件。通过研究它们，研究人员提高了科学界对细胞生命的理解，并开发了针对癌症等疾病的新型药物和疫苗。
目前，大多数细胞培养是在培养皿或烧瓶中进行的，这是一种二维培养。二维或2D细胞培养将细胞限制在一个不自然的平面上，限制了它们的生长和行为范围。这些障碍使得在2D细胞培养上进行的实验结果不如预期准确，因此科学家发明了一种新的三维方法来解决这些局限性。
这种新方法包括在三维系统中培养细胞，例如球形板、提供结构和生化支持的凝胶材料（称为水凝胶），或专门设计用于控制营养输送的设备（称为生物反应器）。这些系统允许细胞在所有方向上生长，类似于它们在自然界和人体中的生长方式。科学家们称这些设备为三维或3D细胞培养。3D细胞培养提供了一个更为真实的环境，使细胞可以移动、互动、成熟并组织成复杂的结构，有些甚至类似于器官组织。
一个科学家团队希望评估3D细胞培养技术的现状，并评价微生物学领域对其的采用情况。他们发现，科学家们有效利用3D细胞培养来开发疫苗、建模肿瘤，并创建个性化的癌症治疗方案。他们解释说，3D细胞培养在这些领域优于2D细胞培养，因为平面条件限制了细胞的生长。这种限制可能会造成一种假象，即旨在杀死细胞或减缓其生长的药物或治疗似乎有效，而实际上细胞只是对环境形状作出反应。
作为评估的一部分，该团队还发现，细胞在各个方向上的生长方式更好地模拟了人类组织，形成了如上皮细胞簇或癌细胞侵袭模式等结构。他们解释说，这种真实感增强了治疗、药物和疫苗测试的准确性，更有效地复制了疗法如何靶向体内的细胞和组织。尽管3D培养解决了许多2D系统的局限性，如机械和生化相关性，但仍面临着如免疫相互作用复杂性的挑战。
调查人员确定的一个核心问题是，一些研究人员发现3D细胞培养过于昂贵。三维细胞培养的成本可能是二维细胞培养的2到10倍。此外，由于设计复杂和维持所需的专业设备，科学家们在制造和维护3D细胞培养时遇到了困难。
研究人员表示，由于这些因素，生物医学研究人员采用这些实践是一个漫长的过程。该团队预测，缓慢的采用可能会在未来导致问题，因为开创这些非常规技术的研究人员可能难以找到合格的同行评审员来评估他们的实验。他们也缺少能够重现其结果的合格同事。
科学家们得出结论，3D细胞培养为药物测试、癌症研究和组织工程提供了更准确的模型。因此，它们可以减少研究人员对动物模型的依赖，简化药物开发，并带来更安全有效的治疗方法。然而，尽管有许多优点，3D细胞培养仍然面临着高成本、技术复杂性和标准化需求等挑战，继续阻碍其广泛应用。该团队提出的解决方案是使3D加工更加普及并提高其整体效率。他们还建议未来的研究人员继续使用3D细胞培养，以推动医学边界，探索其在再生医学或个性化癌症治疗中的应用。
(全文结束)
