在过去的几十年里，二维细胞培养提供了关于基本生物学和疾病过程的丰富信息。然而，二维培养不一定能反映细胞在组织中的复杂微环境。越来越多的人意识到细胞和周围的细胞外基质 (ECM) 之间的相互联系以及 2D 培养有限的生理相关性。

 

ECM 组分能以一种组织特异性的方式积极影响细胞行为的大部分方面。ECM 分子包括基质蛋白 (如：胶原蛋白、弹性蛋白)、糖蛋白 (如: 纤维连接蛋白)、糖胺聚糖 [如: 硫酸肝素、透明质酸 (HA)]、蛋白聚糖 (如: 玻聚糖、聚癸聚糖)、ECM 隔离生长因子 [如：转化生长因子-b (TGF-b)、血管内皮生长因子 (VEGF)、血小板衍生生长因子 (PDGF)、肝细胞生长因子 (HGF)] 和其他分泌蛋白 (如：蛋白水解酶和蛋白酶抑制剂)。这些成分的动态变化调节细胞增殖、分化、迁移、生存、粘附，以及正常生理和发育以及许多疾病如纤维化、癌症和遗传疾病中的细胞骨架组织和细胞信号转导。

 

因此，ECM 的组成及其物理特性也可以通过提高药物疗效、改变药物的作用机制或促进耐药性来影响细胞对药物的反应。更接近体内细胞环境的三维 (3D) 细胞培养技术正在被大力追求，有望在药物发现中发挥更精确的作用。
 

图 1：细胞及其微环境。组织特异性细胞 (红色) 遇到由细胞外基质 (ECM) 蛋白和糖蛋白 (绿色)、介导细胞间相互作用的支持细胞 (蓝色)、免疫细胞 (黄色) 和可溶性因子 (白色球体) 组成的复杂微环境。组织微环境进一步由物理因素定义，如 ECM 硬度 (由 ECM 蛋白密度增加表示)、氧气 (由组织特异性细胞的红色阴影表示) 以及营养和生长因子梯度 (由白色球的密度表示)。

 

虽然传统的单层培养在用于高通量筛选 (HTS) 的细胞分析中仍占主导地位，应用于药物发现的 3D 细胞培养技术正在迅速发展，在过去的几年中，3D 培养领域显著增长，在药物开发和各种疾病的毒性测试方面提供了可观的前景。
 

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参考文献

 

[1] Langhans S A . Three-Dimensional in Vitro Cell Culture Models in Drug Discovery and Drug Repositioning[J]. Frontiers in Pharmacology, 2018, 9:6-.

[2] Hynes, R. O., and Naba, A. (2012). Overview of the matrisome–an inventory of extracellular matrix constituents and functions. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 4:a004903. doi: 10.1101/cshperspect.a004903