一、3D细胞培养简介
细胞体外培养模型和体内动物试验常被用来探索各种疾病的诱因和发展过程。体外细胞培养，也就是在适合细胞生长的环境中培育来自动物或人体的细胞，让它们保持正常的生长、繁衍，并维持一定的结构与功能。传统的体内动物试验，它主要通过神经行为学观察和组织病理学检查进行研究，相比于体外细胞培养模型，它具有明显的缺点：试验时间长、成本高、结果主观性强，亦无法从神经毒性机制方面解读活性物质的具体作用，而且有时在动物体内的作用机制与在人体中的作用差距较大，不能够准确反映活性物质的真实代谢情况。体外细胞培养可以在一定程度上弥补体内动物试验的局限性，尤其是在细胞分子机理相关方面的研究。但随着对细胞培养模型研究的深入，科研人员发现二维细胞培养模型存在一些问题，例如细胞存活率低、细胞形态易受损、缺乏良好的细胞组织结构等。因此，为了克服二维细胞培养的缺点，研究人员设计并开发了三维细胞培养方法。

二、3D细胞培养在研究中的优势
1. 球状体和类器官的生成：3D细胞培养技术是制备球状体（spheroids）和类器官（organoids）的基础技术。这两种细胞集合在构建模拟生物实际情况的实验模型时都有其独特的价值。球状体由同一类型或多种类型的细胞聚集而成，体内的细胞相互连接形成一种类似真实生物体的三维网络。类器官则是由多种类型的细胞以特定的空间组织形式构建起来，模拟了器官的微观构造和功能。
2. 研究模型的逼真性：通过3D细胞培养技术构建的球状体和类器官，比以往的2D细胞培养更能模拟细胞在生物体内的生理环境。这让我们能更好地理解细胞的行为，例如细胞的增殖、分化、迁移以及信号传递等。
3. 药物筛选和毒性测试：在药物开发和毒理测试过程中，利用3D细胞培养技术构建的球状体和类器官可以更准确地预测药物在生物体内的作用，以及这些药物可能的毒性反应。
4. 疾病模型及治疗方法的研究：3D细胞培养技术还使人们有能力生成和使用疾病特异性的球状体和类器官，比如癌症球状体和类器官，这对于研究疾病进程、筛选潜在药物以及研发新的治疗方法具有极高的价值。

三、3D细胞培养方法简介
1. 共培养法：这种方法是将细胞、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，其目的是使细胞在类似体内环境的条件下生长和分化。

适用的仪器：CERO 3D Incubator & Bioreactor
 

CERO 3D Incubator & Bioreactor 是一种专为提升干细胞、球状体、类器官和组织研究而设计的3D细胞培养技术。该设备提供了独特的培养环境，能够在最高水平上优化细胞的生长和研究条件。

应用领域
干细胞研究: 提供优化的环境，支持干细胞的生长和分化研究。
球状体和类器官研究: 适合培养复杂的3D细胞结构，如球状体和类器官，模拟体内组织结构和功能。
组织工程和再生医学: 为组织工程提供了一个理想的培养环境，支持再生医学研究和应用。

产品视频：https://www.bilibili.com/video/BV14yTrezEAy/?spm_id_from=333.999.0.0

2. 生物打印技术：3D生物打印技术是一种创新的方法，它可以精确地将细胞和其他生物材料排列在预定义的三维空间中。这种方法的主要优势是可以创建具有复杂结构和功能的生物组织模型。

适用的仪器：Cellink 3D生物打印机
 

Cellink的产品在3D细胞培养研究中的应用广泛，涵盖了组织工程、药物筛选、癌症研究、干细胞研究和生物材料开发等多个领域。这些技术不仅加速了科学研究的进展，也为医疗和生物技术产业带来了新的希望和可能性。

应用领域
组织工程与再生医学：Cellink的3D生物打印机和生物墨水用于打印具有复杂结构的组织工程模型，这些模型能够模拟人体组织的结构和功能。
药物筛选和毒性测试：3D细胞培养模型在药物筛选和毒性测试中发挥着重要作用。相比传统的2D细胞培养，3D模型可以更好地模拟体内环境，从而提高药物筛选的准确性和有效性。
癌症研究：利用Cellink的3D细胞培养系统，研究人员能够构建肿瘤微环境模型，这对于研究癌症的生长、转移和对治疗的反应具有重要意义。
干细胞研究：Cellink的生物打印技术和生物墨水也被用于干细胞研究。通过3D细胞培养，可以模拟干细胞在体内的生长和分化过程，为干细胞治疗和再生医学研究提供了强有力的工具。

3. 微流控芯片技术：这是一种新型的细胞培养方法，能够模拟细胞微环境，实现在芯片中的器官模拟。

适用的产品：NETRI器官芯片

NETRI的产品，特别是TriaLink™系列，是专为细胞研究中的三维培养和持续连接而设计的先进微流体芯片。TriaLink™微流体芯片集成了微通道和NeoBento™技术，可以在独立的区域内培养多达三种不同类型的细胞。这种设置非常灵活，与标准成像技术和高通量筛选兼容。这些芯片可用于功能活性记录、电生理学以及各种细胞相互作用的分析，适用于研究神经元、胶质细胞、皮肤细胞等等。其应用包括研究神经炎症、肿瘤学、神经系统疾病以及细胞迁移等。

应用领域
药品检测：通过在生理模型上进行毒性和疗效测试，NETRI产品可帮助医药行业在推广新疗法前理解其作用机制，并进行必要的药效和安全性评估。这是一种可预测临床反应的方法，大大提升了药品研发的效率和准确性。

研究实验室：NETRI产品包括多种人工微型器官模型，配合人工智能处理，它们可为实验室提供各种实验环境，并能预测实验的临床反应。

皮肤理疗：可应用于皮肤疾病、伤口愈合等领域的研究，这些产品可提供带有神经元刺激和动态流体灌注生理环境的皮肤模型，提高了研究的实用性和应用性。

生物制药：凭借其在在神经科学领域的深度专业知识，NETRI发展出一系列创新技术，为生物制药产业提供启示和参考。例如，NETRI的神经流体器官芯片技术可用于多种指标的药品发现和临床前试验。

Tips：传统方法对3D细胞培养物（例如球状体和类器官）的质量分析及优缺点介绍。
1. 形态学分析：
优点：形态学分析是观察3D细胞模型实物特性的最直观方法，可以直接反映样本的形状、大小、形态变化等生物活性和功能的重要标志。

缺点：过于依赖设备的精准度和操作者的经验，可能导致结果存在一定的主观偏见。另外，观察某些微观结构可能需要更为先进和昂贵的设备，这可能会限制其在资源有限的环境中的应用。

2. 活性/生存率测定：
优点：可以直接测量细胞或组织样本的生存状况和生理活性，对于评估治疗效果、药物筛选等研究有重要价值。

缺点：需要特定的试剂和设备，示例如MTT试验可能受环境因素影响（如温度、pH、氧化还原环境等），是一种破坏性的分析技术，不能实现实时动态的生物标志物检测。

3. 细胞分化marker的表达：
优点：具有很高的特异性和灵敏度，可以通过对特定的marker进行检测，对细胞或组织进行准确的识别。

缺点：需要特定设备和试剂，成本相对较高，操作和数据解析需要专门的训练和经验。

4. 基因表达分析：
优点：能提供大量的遗传信息，有助于理解细胞或组织的生物学特性，以及更深入地研究生物体的复杂性和疾病的性质。

缺点：所需要的设备和试剂成本较高，数据处理和分析复杂，需要相对专业的生物信息学工具和知识。

5. 功能性测试：
优点：具有很好的针对性和精确性，根据研究需求选择适宜的功能性测试，针对特定的功能或特性进行评估。

缺点：需要精细且复杂的实验设计，执行过程可能相对耗时，且对于不同的功能测试方法可能需要特定的设备和试剂。

6. 成像：
优点：可以直观、全面地观察样本，实现对细胞或组织详细、全面的了解，而且可以掌握样本的空间结构及其动态变化，提供大量的信息。

缺点：设备成本高昂，技术要求高，数据处理复杂。对于深层部的细胞和组织可能需要更高级的成像技术，如共焦、二光子等显微镜技术，进一步提高了实验的复杂性与花费成本。

四、3D细胞培养分析方法简介
1. 3D细胞、球状体、类器官分析仪
在3D细胞培养体的研究中，通常将样本大小的量化视为追踪其发展过程的关键步骤，有助于我们对生长状况进行观察及其一致性的评估。然而，细胞样本的三维特性不容忽视，单一的关注样本尺寸可能会忽视这一核心特点。因此，我们的考量应不仅局限于尺寸，更需深入到三维结构的层面。

3D细胞培养体的结构复杂度由其内部细胞、蛋白及密度的复杂平衡决定，每个因素在其功能表现中都发挥着关键作用。对这每日的结构生物标志物进行全面评估，会揭示出3D培养体的完整发展潜力。

更深地，了解质量密度可助我们更全面把握3D细胞培养体的结构复杂性，揭示细胞密度、细胞外基质组成以及空腔形成之间的微妙关系。类器官的质量密度主要根据其单位体积内的细胞数量确定，同时，细胞外基质（ECM）的组成比例也会对质量密度产生影响。此外，空腔的存在或缺失可能会对类器官的质量密度造成显著影响。

Celldynamics W8
Celldynamics  W8设备，由Cell Dynamics公司研发，是一款专门用于定量测量大小、重量和质量密度的生物样本重量评估装置。此设备适用于尺寸在100微米至600微米之间的球状体和类器官。获取球状体或细胞集合的准确质量密度、形态、大小和重量信息对于全面理解实验结果及其影响的生物过程具有重要的作用。W8设备的初步应用广泛，落地领域包括癌症研究、组织工程及再生医学等。W8物理细胞测量系统通过实现3D异质模型的标准化开启了全新的研究范式。其独特的重力测量技术大大提高了图像的保真度，使得3D细胞模型的研究更具精细度和可重复性，这无疑为复杂的生物系统研究提供了更深层次、更细致的分析工具。
 

主要特点和优势
创新技术： 设备的重力测量技术大大提高了图像的保真度，为3D细胞模型的研究提供了强力支持。

高精度测量：W8设备可以对样本体积、重量和质量密度进行高精度的定量测量，使得研究人员能够获取样本的详细参数。

广泛应用：W8设备适用于尺寸在100微米至600微米之间的3D球状体和类器官，应用范围覆盖广泛。

深度洞察： 获取球状体或细胞集合的质量密度、形态、大小和重量信息能为研究人员提供深度洞见，助其更全面理解实验结果与其影响生物过程的关系。

分选：W8设备不仅能对球状体、类器官进行测量，还能进行分选。它的生物物理性质分选技术确保了球状体样本的无菌和活性，可以根据尺寸或密度对样品进行分选，不需要标记，操作简便且准确。

实现标准化：W8物理细胞测量系统通过实现3D异质模型的标准化，开创了新的研究范式。

便捷操作： 设备的便捷操作和自动化处理使实验过程变得更为简便高效，减少了操作难度。

应用领域
肿瘤研究
Celldynamics W8可以精确量化肿瘤球状体（spheroids）和类器官（organoids）的大小、重量和密度，帮助研究人员更好地理解肿瘤的结构和生长模式。这对于癌症治疗和新药开发非常重要[1]。

药物筛选
通过高通量处理能力，Celldynamics W8能够快速评估药物对3D细胞培养模型的影响，为药物筛选和毒性测试提供关键数据。其无损、无标签的检测方法确保了实验结果的可靠性。

组织工程
在组织工程领域，Celldynamics W8可以帮助研究人员分析和优化3D细胞结构的形成和发育过程，确保人工组织的质量和功能性。

再生医学
该设备在再生医学中有重要应用，通过量化细胞球状体和类器官的生长和分化，评估干细胞治疗的效果，推进复杂疾病的治疗研究。

免疫学研究
Celldynamics W8可以用于研究免疫细胞在3D细胞模型中的行为，帮助理解免疫细胞如何渗透和攻击肿瘤细胞，提高免疫治疗的效果。