三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)是一種通過構(gòu)建三維空間結(jié)構(gòu)，模擬細胞在體內(nèi)自然微環(huán)境的體外培養(yǎng)技術(shù)，旨在彌補傳統(tǒng)二維細胞培養(yǎng)與動物實驗間的差距，為細胞提供更接近生理狀態(tài)的生長條件。該系統(tǒng)核心在于通過支架材料或無支架技術(shù)構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)。支架材料包括天然的膠原、Matrigel及合成材料如聚乳酸、聚苯乙烯等，它們通過調(diào)整孔隙率、力學(xué)性能支持細胞黏附、遷移及功能表達。無支架技術(shù)則包括懸滴法、磁力懸浮等，利用重力或磁場使細胞聚集成球。

　　三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)有多種類型，常見的包括基于基質(zhì)膠、細胞外基質(zhì)支架、微流控芯片以及旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)系統(tǒng)等，不同系統(tǒng)操作方法有所差異。以下是一些常見三維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)的操作指南：

　　1、基于基質(zhì)膠的三維細胞培養(yǎng)

　　實驗材料準備：準備基質(zhì)膠、適合細胞生長的培養(yǎng)基、細胞、24孔板或6孔板等實驗耗材。

　　基質(zhì)膠預(yù)處理：將基質(zhì)膠從-20℃冰箱取出，置于4℃冰箱過夜融化。然后根據(jù)實驗需求，按一定比例與培養(yǎng)基混合稀釋，如1:10。將稀釋后的基質(zhì)膠均勻鋪在培養(yǎng)板孔中，每孔約200-300μL，輕輕晃動培養(yǎng)板使其覆蓋孔底，再將培養(yǎng)板放入37℃、5%CO?培養(yǎng)箱中孵育30-60分鐘，使基質(zhì)膠形成凝膠狀基底。

　　細胞接種與培養(yǎng)：將處于對數(shù)生長期的細胞消化下來，用含血清培養(yǎng)基重懸制成單細胞懸液。使用細胞計數(shù)板計數(shù)，根據(jù)實驗設(shè)計調(diào)整細胞密度，一般建議在5×10?-1×10?個/mL。將細胞懸液均勻接種到鋪好基質(zhì)膠的培養(yǎng)孔中，每孔約200-300μL，輕輕晃動培養(yǎng)板使細胞均勻分布，然后放入培養(yǎng)箱培養(yǎng)，定期更換培養(yǎng)基。

　　實驗觀察與分析：通過倒置顯微鏡觀察細胞形態(tài)變化，記錄生長、增殖情況。還可根據(jù)實驗?zāi)康模捎肕TT實驗、劃痕實驗等方法對細胞功能進行檢測，最后對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

　　2、基于細胞外基質(zhì)（ECM）和Transwell系統(tǒng)的三維細胞培養(yǎng)

　　材料準備：準備Matrigel或其他ECM、預(yù)冷無菌1.5ml離心管、Transwell插入（24孔或12孔，根據(jù)細胞大小選擇孔徑）、適配多孔板、細胞系或類器官模型、培養(yǎng)基、無菌移液器與槍頭、無菌PBS緩沖液等。

　　ECM預(yù)處理：將ECM懸浮液從冰箱取出保持在冰上，用預(yù)冷移液器移取適量分裝到離心管中。然后將少量ECM加入到Transwell系統(tǒng)的下腔室底部，涂布均勻，放入37℃溫箱孵育30分鐘使其固化。

　　細胞或類器官懸液制備：胰酶消化細胞后重懸于培養(yǎng)基中，計數(shù)并調(diào)整濃度至1-5×10?cells/ml。若為類器官，先用ECM包被，再輕輕重懸至ECM中并調(diào)整濃度。

　　Transwell插入預(yù)處理：在每個Transwell插入的內(nèi)腔中加入50-100μl的ECM，確保覆蓋孔膜表面，孵育30分鐘至固化。

　　細胞或類器官接種：將細胞懸液或類器官懸液滴加到Transwell插入的內(nèi)腔中，然后向上腔室和下腔室加入合適的培養(yǎng)基，注意避免氣泡產(chǎn)生。

　　培養(yǎng)與維護：將多孔板放入37℃、5%CO?培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每隔2-3天更換上腔室和下腔室的培養(yǎng)基，更換時小心吸除舊培養(yǎng)基，避免擾動細胞或類器官。

　　分析與記錄：定期用顯微鏡觀察生長情況，記錄圖像和形態(tài)學(xué)變化。還可根據(jù)需求收集細胞或類器官，用于免疫熒光、qPCR等功能分析，同時記錄培養(yǎng)情況和相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　3、微重力3D旋轉(zhuǎn)細胞培養(yǎng)系統(tǒng)

　　系統(tǒng)安裝：將回旋主機放置在培養(yǎng)箱內(nèi)，確保旋轉(zhuǎn)座與培養(yǎng)箱內(nèi)壁至少保留10cm間隙。使用配套扁平電纜連接控制器與主機，注意接口防塵。接入220V交流電。

　　參數(shù)設(shè)置：通過控制器觸屏選擇重力模式，如微重力（1-4rpm）或超重力（2-5g），還可設(shè)置定時啟動、旋轉(zhuǎn)速度梯度變化等程序。

　　培養(yǎng)容器準備：若為懸浮細胞培養(yǎng)，可使用T25培養(yǎng)瓶或轉(zhuǎn)壁式EP管反應(yīng)器，注意培養(yǎng)基充注量。進行3D球體培養(yǎng)時，優(yōu)化細胞密度，如5×10³-1×10?cells/mL，添加低血清培養(yǎng)基。

　　系統(tǒng)啟動與監(jiān)測：啟動系統(tǒng)后，通過重力傳感器查看X/Y/Z軸重力數(shù)值，確保實驗條件穩(wěn)定。系統(tǒng)支持37°C、5%CO?培養(yǎng)箱環(huán)境，需提前校準溫濕度參數(shù)。

　　注意事項：控制器需遠離強磁場環(huán)境，啟動前確認旋轉(zhuǎn)框無阻擋。定期用75%酒精擦拭旋轉(zhuǎn)座表面，防止污染，且定期對重力傳感器校準。

　　4、基于水凝膠的三維細胞培養(yǎng)（以CulXⅡ型為例）

　　材料準備：準備CulXⅡ型水凝膠凍干粉、細胞培養(yǎng)基、待培養(yǎng)細胞。

　　水凝膠制備：根據(jù)需要加入一定量的細胞培養(yǎng)基溶解凍干粉，如加入5ml培養(yǎng)基，使用平頭移液槍頭輕輕吹打至凍干粉充分分散，然后轉(zhuǎn)移至無菌離心管中，渦旋30-60秒至完q溶解。隨后4000轉(zhuǎn)離心5分鐘除去氣泡。

　　細胞接種：將混合溶液加入沉淀的待培養(yǎng)細胞中重懸細胞，并調(diào)整到所需細胞濃度，對于類器官培養(yǎng)，推薦細胞密度為5×10?到1×10?左右。將得到的混合懸液接種到無TC處理的細胞培養(yǎng)板。

　　培養(yǎng)與換液：將培養(yǎng)板放入37°C二氧化碳培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。換液時可采用回收重懸換液或半量換液兩種方式。回收重懸換液即吸取培養(yǎng)體系，加入緩沖液或培養(yǎng)基稀釋10倍，混勻后1500轉(zhuǎn)離心5分鐘，沉淀回收細胞，再用同樣支架濃度的培養(yǎng)基懸浮細胞后加入培養(yǎng)容器。半量換液則是取出一半體積的培養(yǎng)體系，加入另一培養(yǎng)孔，再用同樣支架濃度的培養(yǎng)液補滿并吹打混勻。

　　細胞回收：吸取培養(yǎng)體系置于無菌離心管內(nèi)，加入緩沖液或培養(yǎng)基稀釋10倍，混勻后1500轉(zhuǎn)離心5分鐘，即可沉淀回收細胞。