磁性3D细胞培养技术十五年历程

十五年前，《Nature Nanotechnology》期刊首次提出磁性三维细胞培养（M3D）概念（Souza et al. 2010, DOI: 10.1038/nnano.2010.23）。当时研究人员正致力于突破传统二维系统的局限性——这类系统往往难以再现活体组织的复杂性。磁悬浮技术开创了一种无需支架的全新方法，可构建类三维组织结构——通过生物相容性纳米粒子对细胞进行磁化，研究人员能在细胞自然产生自身细胞外基质（ECM）的过程中引导其组装，无需依赖动物来源的基质。

这项技术诞生于研究人员寻求突破二维限制的替代方案之际，他们憧憬着未来——生理相关的体外模型将成为药物研发、癌症研究和组织工程不可或缺的工具。无论是构建细胞球、类器官还是类器官培养体系，核心始终聚焦于真正关键的领域：创建能预测体内生物学行为的模型，涵盖人类药物疗效与毒性评估，乃至干细胞分化与器官发生等过程。

快进至2025年，美国食品药品监督管理局（FDA）正式认可以三维细胞培养为核心的新方法学（NAMs）作为动物实验的替代方案。这一里程碑既彰显了科学界的集体进步，也印证了创新模型在推动药物研发进程中的日益重要地位。

发展历程

2010年：在培养皿中引入磁悬浮技术——无需外源性细胞外基质或表面粘附即可实现概念验证。当时非粘附性细胞培养的选择极为有限，仅有超低粘附（ULA）培养板等少数替代方案。
6/24孔板：实现规模化应用，支持早期筛选及复杂组织模型构建，从简单细胞球体到多细胞类器官结构。
96孔板：支持高通量筛选，在减少试剂消耗的同时提升药物疗效与毒性研究的实验容量。
384孔板：微型化设计满足超高通量需求，实现球体与类器官的稳定构建。
1536孔板：达成史无前例的通量水平，可同时处理数千样本、数百重复组及数十个对照组，成为药物发现的理想平台。

从培养皿到FDA认可的替代模型

多年来，该技术从15毫米培养皿扩展至1536孔板，实现了超高效筛选且试剂消耗极低。这种可扩展性使研究人员能够运行更多重复实验、纳入更多对照组，从而获得更具统计学意义的结果。术语虽已演变——球体、类器官、类器官培养——但目标始终如一：开发能精准预测人类生物学特征的模型。如今，三维细胞培养已被公认为替代动物模型（NAMs）的基石，并获FDA批准用于单克隆抗体临床前研究的动物实验替代方案。

共同进步的征程

真正的故事不仅关乎技术本身，更在于它所赋予的可能性。从推动癌症研究到支持药物研发管道，磁性三维细胞培养技术让科学家能够提出更宏大的问题并找到更优的答案。无论是研究药物疗效、干细胞分化、器官发生还是人体毒性，该方法在生成预测性数据方面均已证明其价值。美国食品药品监督管理局近期发布的替代模型指南，既印证了该领域取得的重大进展，更是我们与整个科学界共同见证的里程碑。

磁性三维细胞培养技术（M3D）既可独立应用，亦能与生物打印、微流控等三维技术无缝整合，使实验更简便、更可重复、更高通量、更高效。该技术兼容多种基质表面，包括基质型水凝胶（如Matrigel、胶原蛋白）及圆底/细胞排斥培养板，可灵活满足多样化实验需求。这种通用性使M3D无论独立应用或与其他方法结合，均能提供更优质的数据与更优异的实验结果。

为何如此重要：构建更多预测模型

向高通量演进至关重要，因为它赋予研究人员构建更具预测性的人类生物学模型的能力。这种可扩展性带来三大关键优势：

人类相关洞察：生成符合FDA新方法学指南的数据，可创建更具预测性的模型，减少对动物实验的依赖，加速疗法进入临床阶段。
统计学更强数据：通过实施大量重复实验和对照组，提升实验数据可靠性，增强对预测结果的信心。
加速高效的发现：实验微型化降低单样本试剂成本，支持更大规模、更全面的筛选，从而加速发现流程。

阅读完整博客，探索这一历程及其影响：

https://focus.gbo.com/blog/3d/tag/3dcc-in-drug-discovery-screening

查阅2010年原始文献：https://doi.org/10.1038/nnano.2010.23