三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)及其相關(guān)載體的研究進(jìn)展及應(yīng)用

 

自WillhelmRoux于1885年從雞胚中分離細(xì)胞首次建立體外細(xì)胞培養(yǎng), 單層細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)已有百余年的歷史。一個(gè)多世紀(jì)以來,單層細(xì)胞培養(yǎng)有了蓬勃的發(fā)展, 特別是在制藥或者疫苗合成等產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域, 通過細(xì)胞的快速分裂,從而高效率地制造產(chǎn)品。但在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域, 對(duì)于細(xì)胞的體外培養(yǎng), 關(guān)注的不僅僅是它們的分裂生長(zhǎng),而更為重要的是它們經(jīng)過傳代后能否維持體內(nèi)的性狀。在很多情況下, 單層細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)所取到的研究結(jié)果和體內(nèi)的情況不符合,因?yàn)榧?xì)胞在體外改變的環(huán)境下增生, 逐漸喪失了原有的性狀。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)完全在體內(nèi)進(jìn)行,但由于體內(nèi)的多種因素制約以及體內(nèi)和外界環(huán)境相互影響而變得復(fù)雜化, 難以研究單一過程。另外, 我們?cè)趧?dòng)物身上所觀察到的結(jié)果,往往是最終呈現(xiàn)的表現(xiàn), 而非研究者最為關(guān)心的中間過程。顯然, 如何填補(bǔ)單層細(xì)胞培養(yǎng)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的鴻溝,一直是生命科學(xué)家思索的問題。尤其是在發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域, 迫切需要建立一套細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù), 既能生長(zhǎng)傳代, 還能最大程度地維持體內(nèi)性狀,并分化產(chǎn)生新的組織結(jié)構(gòu), 以便全面研究發(fā)育過程。隨著組織工程的新興發(fā)展, 三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。

 

體外細(xì)胞培養(yǎng)的一個(gè)重要原則是需模擬體內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境,該模擬系統(tǒng)中最重要的核心因素是細(xì)胞與培養(yǎng)環(huán)境之間的相互作用。不同于傳統(tǒng)的二維化單層細(xì)胞培養(yǎng), 三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)(three-dimensional cell culture, TDCC)是指將具有三維結(jié)構(gòu)的不同材料的載體與各種不同種類的細(xì)胞在體外共同培養(yǎng), 使細(xì)胞能夠在載體的三維立體空間結(jié)構(gòu)中遷移、生長(zhǎng),構(gòu)成三維的細(xì)胞-載體復(fù)合物。三維細(xì)胞培養(yǎng)是將細(xì)胞培植在一定的細(xì)胞外基質(zhì)中, 細(xì)胞外基質(zhì)( extracellular matrix,ECM) 蛋白充當(dāng)生長(zhǎng)支架, 使得細(xì)胞能夠分化產(chǎn)生一定的三維組織特異性結(jié)構(gòu), 所創(chuàng)建的細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境,則最大程度地模擬體內(nèi)環(huán)境。TDCC作為體外單層細(xì)胞系統(tǒng)的研究與組織器官及整體研究的橋梁,顯示了它既能保留體內(nèi)細(xì)胞微環(huán)境的物質(zhì)及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),又能展現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)的直觀性及條件可控性的優(yōu)勢(shì)。近幾年三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在組織形成、血管發(fā)育和器官再造等發(fā)育生物學(xué)的分支領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用;同時(shí)在篩選新藥的療效分析和毒理實(shí)驗(yàn)方面, 利用三維培養(yǎng)獲得了和二維單層培養(yǎng)完全不同的結(jié)果, 引起了藥物學(xué)家的極大興趣。

 

細(xì)胞賴以生存的三維空間，其功能是為細(xì)胞提供生存空間，使細(xì)胞獲得足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行氣體交換，并使細(xì)胞按預(yù)制形態(tài)的三維支架生長(zhǎng)，成為使細(xì)胞生長(zhǎng)良好的三維界面。理想的生物支架材料應(yīng)具備以下特點(diǎn)：良好的生物相容性、可降解性、足夠的孔隙結(jié)構(gòu)、促進(jìn)細(xì)胞黏附與增殖、具備承載生長(zhǎng)因子的能力、支架的容積應(yīng)能保持不變、支架能與周圍組織融為一體、不易從缺損區(qū)脫落、具有一定的彈性、具有關(guān)節(jié)軟骨的分層結(jié)構(gòu)。常用的支架材料有：天然生物材料、人工合成高分子材料、無機(jī)材料以及這些材料的復(fù)合物。

 

天然生物材料主要包括：膠原、明膠、纖維蛋白、殼聚糖、瓊脂、糖胺多糖(如：透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素等)、藻酸鹽、蠶絲蛋白、松質(zhì)骨骨基質(zhì)、脫細(xì)胞基質(zhì)等。天然支架的優(yōu)勢(shì)在于有利于細(xì)胞包埋，抗原性低、無毒性、無致炎性、能促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和粘附等。但天然材料的缺點(diǎn)是機(jī)械性能差，一方面不適應(yīng)塑性的需要，另一方面，在體內(nèi)水解過程中不能保持空間構(gòu)型并且吸收過快，其應(yīng)用受到限制。再者，天然材料每批之間都有差別，難以大批量加工生產(chǎn)。

 

目前，市場(chǎng)上商品化的三維支架產(chǎn)品多以Matrigel、膠原復(fù)合物為主。膠原是天然蛋白質(zhì)的一種，廣泛存在于動(dòng)物的皮膚、骨、軟骨、牙齒、肌脾韌帶和血管中，占人體蛋白質(zhì)總量的30%以上，是結(jié)締組織極重要的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，起著支撐器官、保護(hù)機(jī)體的功能。膠原一般是白色透明、無分支的原纖維，它的周圍是由多糖和其他蛋白質(zhì)構(gòu)成的基質(zhì)。膠原蛋白分子肽鏈上具有多種反應(yīng)基團(tuán)，如羥基、羧基和氨基等，易于吸收和結(jié)合多種酶和細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)固定化，它具有與酶和細(xì)胞親合性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。膠原具有重要的生物學(xué)性質(zhì)——力學(xué)性能高、促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)、止血、生物相容性和生物降解性。已有報(bào)導(dǎo)，膠原可以作為移植載體用于骨介入蛋白——骨形態(tài)基因蛋白2(rhBMP2)的載運(yùn)。膠原現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于作為傳送培養(yǎng)好的皮膚細(xì)胞和藥物的載體，以進(jìn)行皮膚替代和燒傷治療。另外膠原是一種成膜性好的物質(zhì)，并具有生物相容性，在體內(nèi)可被逐步吸收，因此，膠原蛋白固定化酶特別適合于人工應(yīng)用材料。但其同時(shí)也存在某些缺點(diǎn)，諸如難以規(guī)模制備，機(jī)械強(qiáng)度較差，對(duì)感染部位的療效不顯著等。商品化的膠原復(fù)合物支架有牛皮、雞爪等來源。Matrigel是從小鼠腫瘤組織中提取的抽提物, 這為三維培養(yǎng)介導(dǎo)的針對(duì)人體的干細(xì)胞臨床治療帶來了風(fēng)險(xiǎn)。

 

目前常用的無機(jī)材料有羥基磷灰石、磷酸鈣骨水泥、磷酸三鈣等，此類材料主要應(yīng)用于骨骼組織工程。

羥基磷灰石（hydroxyapatite,HA）是人體和動(dòng)物骨骼的主要成分,這種材料的研究歷史久遠(yuǎn)。HA脆性大、抗壓性能比骨組織小，雖然植入體內(nèi)后，由于組織、細(xì)胞的侵入，其強(qiáng)度會(huì)逐漸升高達(dá)到松質(zhì)骨強(qiáng)度，但是有研究人員認(rèn)為HA在體內(nèi)吸收過慢，不利于愈合的骨骼承受應(yīng)力和新骨形成。同羥基磷灰石相似，磷酸三鈣(tricalciumphosphate,TCP)具有良好的生物相容性及可吸收性，但是缺乏孔隙、顆粒較小、易分解（6周）、脆性大及不耐壓等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用。用磷酸鈣、碳酸鈣、磷酸三鈣為原材料在室溫下發(fā)生系列聚合反應(yīng)合成磷酸鈣骨水泥（calciumphosphatecement,CPC），這種化學(xué)復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)與天然骨相似，可以塑形，有良好的骨形態(tài)和力學(xué)特點(diǎn)，能夠提供機(jī)械完整性。其孔隙率大約為50%，與羥基磷灰石相似，但脆性大，其降解時(shí)間較長(zhǎng)，約需2年左右。另一方面，磷酸鈣骨水泥材料內(nèi)部的孔隙直徑小于1mm，成骨速度慢，目前的研究重點(diǎn)是如何將其與大孔隙材料復(fù)合以提高吸收速度及加快成骨。

 

總的來說，此類材料具有較高的壓縮強(qiáng)度、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，并可在生物體內(nèi)發(fā)生降解，被新生骨組織吸收和替代，是骨組織支架常使用的材料。但存在多孔體強(qiáng)度較差、加工困難、形成的支架孔隙率低、脆性大、組織不能完全長(zhǎng)入等缺點(diǎn)。

 

人工合成高分子材料可以通過分子設(shè)計(jì)等手段精確的控制其性質(zhì)，也可以通過化工生產(chǎn)得到大批量性質(zhì)基本相同的產(chǎn)品。相對(duì)于天然材料，更利于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)，力學(xué)強(qiáng)度也較好，但是生物相容性還有待提高，目前比較常用的辦法是通過表面修飾在材料表面引入生物活性因子。合成高分子材料包括聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)及其共聚物(PLGA)、聚己內(nèi)酯等脂肪族聚酯，這類聚合物具有良好的可塑性，可通過模塑、擠壓、溶劑澆鑄等技術(shù)加工成各種結(jié)構(gòu)形狀，但也存在缺點(diǎn)：①親水性差，細(xì)胞吸附力較弱。②易引起無菌性炎癥的發(fā)生，同時(shí)聚合物降解易引起局部pH值下降。③機(jī)械強(qiáng)度不足。④其它：殘留有機(jī)溶劑的細(xì)胞毒作用，以及可能引起的纖維化及與周圍組織的免疫反應(yīng)等問題。

 

目前，在人工合成的高分子材料中，PLGA的應(yīng)用及研究最為廣泛。其具有良好的生物降解性及生物可吸收性，它的結(jié)構(gòu)通式為[-OCH(R)CO-]，體內(nèi)降解的最終代謝產(chǎn)物為C02和H20，不在體內(nèi)蓄積，沒有毒副作用，能決定新生組織、器官的形狀，為細(xì)胞提供獲取營(yíng)養(yǎng)、氣體交換、廢物排除的環(huán)境，為細(xì)胞增殖繁衍提供空間，在美國(guó)已獲FDA批準(zhǔn)并應(yīng)用于臨床。PGA具有高降解速度、PLA具有高強(qiáng)度及PLGA具有低降解速度和高藥物透過性等特點(diǎn)，故可以在高分子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上合成一系列具有不同降解速度及力學(xué)性能聚和物，通過對(duì)材料組分、組成比、分子量、分子量分布等的控制，可以調(diào)節(jié)材料的生物降解速度在幾周至幾年間變化。

 

雖然人工合成的可降解高分子材料本身對(duì)細(xì)胞親和力弱，往往需要引入適量能促進(jìn)細(xì)胞黏附和增殖的活性基團(tuán)、生長(zhǎng)因子或黏附因子等。但其降解速度和強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)，易構(gòu)建高孔隙率三維支架。同時(shí)相比較天然生物材料，其可以在常溫下保存，更簡(jiǎn)單且易操作。

 

日前，由美國(guó)3DBiotek公司新進(jìn)研究出一款由聚己內(nèi)酯（PCL）合成的可生物降解的三維支架，該材料已被應(yīng)用于許多美國(guó)FDA批準(zhǔn)使用的外科植入物當(dāng)中。相較其他人工合成的高分子三維支架，此款三維細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)品具有100%的孔隙聯(lián)通性，以及可以精確控制的孔徑和孔隙結(jié)構(gòu)，使不同批次產(chǎn)品具有高度的一致性。另一方面，此款產(chǎn)品具有較好的抗壓性，細(xì)胞可在其上進(jìn)行很好的增殖、分化，是適合市場(chǎng)需求的一款簡(jiǎn)單易用型3D培養(yǎng)產(chǎn)品。

 

3.1 組織工程     

組織工程(TissueEngineering)是近年來正在興起的一門新興學(xué)科，“組織工程”一詞最早是由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)1987年正式提出和確定的，即：應(yīng)用生命科學(xué)和工程學(xué)的原理與技術(shù)，在正確認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物的正常及病理兩種狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究、開發(fā)用于修復(fù)、維護(hù)、促進(jìn)人體各種組織或器官損傷后的功能和形態(tài)生物替代。組織工程的核心為：建立細(xì)胞與生物材料的三維空間復(fù)合體，即具有生命力的活體組織，用來對(duì)病損組織進(jìn)行形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的重建并達(dá)到永久性替代。

 

成熟的軟骨細(xì)胞和干細(xì)胞被廣泛用于三維細(xì)胞培養(yǎng)，以再生損傷的軟骨、骨、韌帶、肌腱和膝關(guān)節(jié)半月板。在培養(yǎng)系統(tǒng)中常加入一些生長(zhǎng)因子，以刺激分化，產(chǎn)生組織。Spitzer將兔造骨前體細(xì)胞在附有7.5％磷酸三鈣(alpha-TCP)的血纖維蛋白內(nèi)培養(yǎng)53天，用無alpha-TCP組作對(duì)照，結(jié)果顯示這種系統(tǒng)能有利于體外骨的形成。Quarto等報(bào)道了應(yīng)用自體骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和羥基磷灰石構(gòu)建的組織工程化人工骨修復(fù)骨缺損獲得了成功。國(guó)內(nèi)也有人以I型膠原及殼聚糖制備出適于組織工程皮膚構(gòu)建的三維支架，其從大鼠皮膚中分離出具有穩(wěn)定生物學(xué)性狀的真皮成纖維細(xì)胞(Fibroblasts，F(xiàn)bs)種植在該支架中進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)組織工程皮膚構(gòu)建過程中，種子細(xì)胞與三維多孔支架間的相互作用類似于體內(nèi)正常組織中細(xì)胞-細(xì)胞外基質(zhì)間的動(dòng)態(tài)相互作用。

 

利用三維技術(shù)模擬天然的心臟復(fù)雜結(jié)構(gòu)仍然是醫(yī)學(xué)難題，在最新的研究中，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)心血管修復(fù)中心的Doris  Taylor教授和同事采取了脫細(xì)胞化的方法，使用天然心臟的脫細(xì)胞基質(zhì)做為平臺(tái)制造人工心臟。研究人員首先將大鼠和豬心臟中的細(xì)胞全部移除，只留下細(xì)胞外基質(zhì)做為三維支架，向其中注入新生大鼠心臟“祖細(xì)胞”（progenitor  cells），在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行體外培養(yǎng)，成功制成了大鼠和豬的人工心臟。四天后，觀測(cè)到收縮；八天后，新心臟開始搏動(dòng)。全球患有心力衰竭等嚴(yán)重心臟疾病的人數(shù)以萬計(jì)，每年有大量的患者因得不到合適的捐贈(zèng)心臟而死亡，這一成果有望為人類人工心臟制備提供新的方法，而且由于新心臟里充滿了受者的細(xì)胞，所以產(chǎn)生排異反應(yīng)的幾率也會(huì)降低。此次研究也意味著應(yīng)用三維培養(yǎng)技術(shù)也許可以人工制造任何器官，腎、肝、肺、胰腺等。

 

腫瘤細(xì)胞在一定時(shí)間、空間條件下具有特定表型，表現(xiàn)為特殊的結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)行為，它與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。上世紀(jì)七八十年代，科學(xué)家開始認(rèn)識(shí)到微環(huán)境對(duì)腫瘤表型起著重要作用。通過研究腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的微環(huán)境可以認(rèn)識(shí)特定基因改變與腫瘤細(xì)胞惡性表型間的關(guān)系。

 

傳統(tǒng)二維細(xì)胞培養(yǎng)只能在二維平面上對(duì)細(xì)胞進(jìn)行基因操作，可以了解到特定基因改變對(duì)細(xì)胞生物學(xué)行為的影響，卻不能準(zhǔn)確反應(yīng)腫瘤發(fā)生的形態(tài)學(xué)特點(diǎn)。動(dòng)物模型雖然可以準(zhǔn)確地反映腫瘤發(fā)生的形態(tài)學(xué)特點(diǎn)，但難以進(jìn)行大規(guī)模的基因操作研究，同時(shí)也不能對(duì)中間的發(fā)生過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。三維細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)合了二維細(xì)胞培養(yǎng)和動(dòng)物模型的優(yōu)點(diǎn)，在體外構(gòu)建與體內(nèi)相近的細(xì)胞發(fā)育結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。因而三維細(xì)胞培養(yǎng)除可以模擬腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)生長(zhǎng)微環(huán)境之外，還可以高通量地研究特定基因改變與細(xì)胞表型的關(guān)系及其生物學(xué)行為的變化過程。

 

三維培養(yǎng)細(xì)胞技術(shù)的先行者之一——Bissell等利用該技術(shù)成功地構(gòu)建了乳腺癌上皮細(xì)胞培養(yǎng)模型，并在乳腺癌的研究中取得重大進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞外基質(zhì)及其整聯(lián)蛋白家族受體決定了乳腺上皮細(xì)胞的表型，這種作用超過了細(xì)胞的基因型對(duì)細(xì)胞表型的影響。來源于同一種系的正常乳腺上皮細(xì)胞S-1和成瘤細(xì)胞T4-2在二維培養(yǎng)條件下，兩種細(xì)胞在形態(tài)和生長(zhǎng)速度上差別不大。然而，在三維再造基底膜上培養(yǎng)時(shí)，S-1細(xì)胞呈現(xiàn)完整的腺泡樣結(jié)構(gòu)，而T4-2細(xì)胞則形成巨大的、排列松散、紊亂的侵襲性克隆。當(dāng)對(duì)T4-2細(xì)胞克隆群進(jìn)行B1-整聯(lián)蛋白抗體干預(yù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)T4-2細(xì)胞克隆惡性表型被完全逆轉(zhuǎn)，而且這種表型變化是可逆的，二維培養(yǎng)則無此結(jié)果。由此可見，三維細(xì)胞培養(yǎng)模型能輔助判斷和選擇特定抑制劑及其組合，以最有效地抑制特定分型的癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，可應(yīng)用于腫瘤特異性化療藥物的設(shè)計(jì)，殺死癌細(xì)胞或阻止腫瘤的進(jìn)展。

 

腫瘤細(xì)胞所處的微環(huán)境對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展起重要作用。在體內(nèi)，腫瘤細(xì)胞通過細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的信號(hào)傳遞維持腫瘤的生長(zhǎng)。三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)能模擬體內(nèi)細(xì)胞與細(xì)胞間以及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間信號(hào)傳遞的微環(huán)境，還可以通過技術(shù)的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)多種細(xì)胞的共培養(yǎng)及其與細(xì)胞外基質(zhì)的聯(lián)系。盡管在乳腺癌的研究中，三維培養(yǎng)模型比較成熟，但理論上每一種組織、每一種器官都具有各自獨(dú)特的微環(huán)境。

 

干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞群體。近年來，生物學(xué)家們已經(jīng)逐漸意識(shí)到：就細(xì)胞群體間所具有的生理及病理性作用而言，僅通過二維培養(yǎng)體系很可能會(huì)喪失一些寶貴的生物學(xué)信息。目前，許多研究已集中于三維培養(yǎng)，利用組織工程和基因工程技術(shù)對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行體外誘導(dǎo)和人工操作，對(duì)組織細(xì)胞損傷性疾病的替代治療的研究備受關(guān)注。但值得指出的是，諸多報(bào)道所采用的研究體系均局限于二維平面培養(yǎng)體系，而實(shí)際上干細(xì)胞在體內(nèi)的生長(zhǎng)、分化微環(huán)境應(yīng)為三維化體系。大量資料表明，干細(xì)胞的分化發(fā)育及其發(fā)育方向，取決于其所處的微環(huán)境(microenvironment)。越來越多的研究已表明，只有體外三維培養(yǎng)體系才能更好的模仿干細(xì)胞的在體生長(zhǎng)模式，才可能為組織工程研究提供更為科學(xué)、完整的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

 

魏國(guó)峰等嘗試在體外構(gòu)建了一種能實(shí)現(xiàn)胚胎干細(xì)胞生長(zhǎng)、分化的三維細(xì)胞模型，在該模型中以液態(tài)膠原為支架，小鼠胚胎干細(xì)胞(ESCs)為細(xì)胞模型，構(gòu)建了ESCs-膠原復(fù)合體。結(jié)果表明ESCs在該膠原條帶所提供的三維培養(yǎng)體系內(nèi)不但能夠保持良好的生長(zhǎng)、增殖狀態(tài)，而且彼此間能建立細(xì)胞連接，從而形成結(jié)構(gòu)、功能統(tǒng)一體。其還對(duì)該膠原條帶內(nèi)ESCs能否自發(fā)性分化為心肌細(xì)胞進(jìn)行了初步檢測(cè)。結(jié)果表明：ESCs在膠原條帶內(nèi)能夠分化產(chǎn)生心肌細(xì)胞。這些ES源心肌細(xì)胞的肌小節(jié)結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)育成熟，接近于新生鼠心肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。由此可見，三維培養(yǎng)體系不但能支持ESCs的增殖與分化行為，而且還利于分化細(xì)胞間彼此建立細(xì)胞連接，從而促進(jìn)其組織化發(fā)育。

 

三維培養(yǎng)體系可以更為真實(shí)的模擬在體干細(xì)胞的生長(zhǎng)方式，而由此所獲取的相關(guān)信息將會(huì)為哺乳動(dòng)物發(fā)育生物學(xué)的相關(guān)研究提供更為科學(xué)、詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

 

在三維培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展過程中，探索更好的生物材料至關(guān)重要，細(xì)胞在支架上的生長(zhǎng)、移植和內(nèi)生長(zhǎng)率直接依賴于支架的多孔結(jié)構(gòu)、孔隙率、孔的直徑和孔的形狀。高孔隙率提供細(xì)胞生長(zhǎng)的足夠空間并可促使工程化組織毛細(xì)血管網(wǎng)的形成，以滿足其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求。連通的孔也是組織內(nèi)生長(zhǎng)、血管形成和養(yǎng)分供應(yīng)的必須�？椎倪B通道必須大于100um，否則組織僅能侵入植入物的表面且組織內(nèi)不易得到充分的養(yǎng)料。目前為止，仍然沒有一種支架能完全同時(shí)滿足目的細(xì)胞的黏附、增生、浸潤(rùn)、持續(xù)分化以及提供足夠的機(jī)械性能，并滿足在體內(nèi)支架降解和基質(zhì)生成相一致的要求。為促進(jìn)三維培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，2003年10月美國(guó)國(guó)家癌癥研究院設(shè)立專門基金研究細(xì)胞微環(huán)境，計(jì)劃投入數(shù)千萬美元用于發(fā)展三維培養(yǎng)技術(shù)。針對(duì)不同的組織、不同的應(yīng)用，具體什么樣的空間結(jié)構(gòu)更有效，是否有更好的生物支架材料還有待進(jìn)一步研究。