研究人员已经使用3D细胞培养很长一段时间了，早期采用，目前在癌症和干细胞研究中发挥着关键作用。事实上，传统的毒理学测试项目已经存在了很多年，体外测试技术是在过去20年里由于科学研究和动物福利倡议而发展起来的。
生物制药行业的显著增长正在推动意想不到的创新和对细胞培养产品的需求，用于药物发现和安全测试。尽管自20世纪50年代以来，2D细胞培养已经在实验室中使用，但3D培养的市场在过去十年中急剧增长，3D培养可以在不使用动物实验对象的情况下更精确地模拟人体组织。
2021年全球3D细胞培养市场为16.6亿美元，到2030年将达到64.6亿美元，在2021-2030年期间以16.3%的复合年增长率增长。
包括抗体和疫苗在内的许多产品研发支出的增加，生物制药产量的飙升，以及癌症和肝脏相关问题的增加，都将有助于这一市场的增长。3D细胞培养的市场将继续增长，因为利率的上升，美国消费者医疗保健的改善，以及像中国和印度这样的新兴市场。
下一代的前景
3D细胞培养已经使用了几十年，由于广泛的商业工具，它已经从混乱、费力和昂贵演变为更有组织。这项技术已经使人们对组织和癌症行为有了突破性的了解。
未来采用和增长率的积极迹象，例如将特定供应商技术映射到特定应用程序的共同实践的出现，使人们对协调一致的市场环境抱有乐观的希望，这种环境的竞争比以前的所有应用程序都要少。这包括3D和2D在大多数研究应用领域的持续共存。这部分是由于变化的动力和研究人员对对比3D和2D结果对基本见解的有用性的看法。
技术需求很可能处于复杂的有机型水平，这可能与可重复性、成本和吞吐量的要求相冲突。
不断扩大的应用范围将有助于支持预期的显著增长所需的数量增加。
癌症
3D系统长期以来一直用于癌症研究的安全性、有效性测试和基础研究。由于一些未满足的需求，疗效的作用可能会继续扩大，它可能会将其经验应用到其他治疗领域，特别是涉及精准医疗的应用。
低通量和高通量版本的3D癌症共培养模型已经创建，但只有癌细胞与另一种细胞类型(例如，成纤维细胞)结合才被纳入适合高通量筛选新化合物的模型。行业领导者预计未来将为各种癌症适应症创建3D肿瘤面板。
转移
动物和二维单层细胞(细胞只生长在平面上)都不足以作为研究转移的模型。研究人员对它们的形成只有基本的了解。为了在全身扩散，肿瘤细胞改变了细胞表面的标记物。它们通过分子附着在身体的特定区域。循环系统允许癌细胞在表达其原始表面标记物并在其他地方定居之前在全身自由扩散。利用3D肺组织，第一次有可能检查转移。
肿瘤复发
3D培养细胞能够存活更长的时间，这使得监测肿瘤复发成为可能。
Patient-derived细胞
迄今为止，基于患者来源细胞的个性化药物大多局限于低通量的临床前测试。例如，Oncotest和Champions Oncology已经开发了基于间接患者来源样本的3D分析，并通过使用小鼠异种移植模型进行了扩展。尽管3D培养有望得到改善并发挥更大的作用，但制定标准以允许在药物筛选项目中使用仍然是一个重大挑战。
肝
了解肝功能和毒素或药物性肝损伤引起的功能障碍需要3D细胞培养。在肝脏中，3D相对于2D的优势是巨大的，预计在未来三到七年内，应用将显著增加。3D技术满足了2D技术留下的未满足的需求，并且越来越有可能监管支持将围绕3D在肝毒性和药物性肝损伤(DILI)药物安全测试中的特定作用。
这种应用将出现在所谓的缓释(复合代谢)适应症的子领域。在许多领域建立关键标准和最佳实践方面必须有重大进展。
-组学集成
一种有趣的可能性是，肝脏的极端复杂性将推动各种组学方法以及细胞培养和分析的进一步整合。这就需要3D社区的不断创新。蛋白质组学实验室主任已经注意到从支架或凝胶中提取细胞的挑战，因为它通常只产生变性的上液进行分析。此外，所研究的许多生化变化发生在极短的时间窗口内，因此很容易被忽视。
现有相关技术有待进一步整合。一个芯片可以同时运行数千个实验，最大限度地利用基因组分析应用程序。然而，试图将芯片格式适应蛋白质阵列的尝试在市场上基本上未能成功。
Luminex xMAP技术，每口井可测量多达100种不同的分析物，已被需要蛋白质多路复用功能的客户广泛采用。在这方面，中尺度探索公司也有一些有趣的技术。除了人类基因组基因的所有翻译产物(即蛋白质)的结构和功能外，还在新范式下研究相互作用组(interactome)，即百万蛋白质-蛋白质相互作用。
再生医学和细胞疗法
最初，3D细胞培养有望帮助测试再生医学中的干细胞衍生疗法。虽然尚未明确，但预计将与生物制剂在工艺开发过程中如何进行测试类似。由于通过这些生物制剂研究应用获得的经验，3D领域将为以下治疗应用提供信息和准备。干细胞研究人员长期以来一直使用3D细胞培养，预计这一趋势将继续下去，并最终导致治疗应用。
同种异体和自体模型都用于生产用于治疗目的的干细胞。一批细胞在同种异体疗法中治疗了许多病人。这种策略反映了传统的制药业务模式，这种模式通常更容易实现、扩大规模和自动化，而且可能更便宜。
供体间来源材料的变异性对自体细胞治疗提出了严峻的挑战。未来的生产平台将需要大量的工艺灵活性，以考虑到不同细胞群的具体限制。即使是最好的标准操作程序(SOPs)也不能消除不同批次和技术人员在多步骤工艺中执行相同操作之间的内在可变性。这些因素不可避免地在环境参数中成倍增长。
生物制剂的开发
在药物开发过程中，药品是表征和测试的对象。这一过程本质上是生物制剂创造的结果。从最初的克隆选择到细胞培养和培养基优化、放大和制造，整个过程必须持续评估。除了细胞类型本身，开发人员还必须考虑细胞类型的独特粘附特性和他们所选择的特定结构或克隆。他们还必须考虑到所使用的每种培养技术的表面和最终产品的特征，区分用于制造和工艺开发的技术以及种子膨胀和最终生物反应器培养。
单克隆抗体的生物学开发利用三维肿瘤微组织来研究组织穿透动力学。随着癌症生物制剂的迅速发展，这一领域是值得关注的重要领域之一。
新细胞系的特征
毫无疑问，作为单层细胞的延长传代会削弱它们对外界刺激的反应能力。癌症细胞系被放回3D环境中，部分恢复了它们原来的癌症表型，可以作为这方面的3D说明。新的和现有的细胞系将继续在很大程度上通过3D培养来表征。
挑战
3D细胞培养的主要障碍包括实验验证、与先前2D培养结果的相关性、蛋白质组学等分析方法和自动化。这与对这些令人兴奋的可能性的乐观态度形成了鲜明对比。基本问题包括无法放大或缩小单个3D格式，以及仿生学支架批次之间的再现性差。
虽然传统的细胞培养技术仍被研究人员广泛使用，但微流体系统正在被证明是有用的工具。
创新者认为，造成这种情况的主要原因是缺乏弥合2D和3D之间差距的基础数据、兼容的检测和读数以及基础技术方面的需求未得到满足。
未来趋势
类器官模型的使用，即利用干细胞培养小组织样本的人工环境，是3D细胞培养技术最有前途的应用之一。它们的使用可能会导致行业内的大量购买，但真正的机会在于许多类器官模型针对特定任务的专业化。例如，芯片上的器官范例包括在电子芯片上生长类器官，使研究人员能够实时监测心脏细胞培养物的电活动。
如果医生能够利用类器官模型从收获的干细胞中培养出各种类型的细胞，个性化医疗将变得更加容易实现。除了能够培养可移植的细胞和组织外，医生还可以在给病人开处方前测试各种药物的副作用。
医学领域的这些潜在转变预示着3D细胞培养市场的急剧上升。虽然纯粹用于研究的工具本身可以非常有利可图，但它们在实际患者护理中的应用有可能产生天文数字般的销售额。在暴露全身之前，先在细胞上测试任何重要的新药选项，如果对患者结果的影响足够大，可能会成为标准程序。
Amritesh Suman是一名研究分析师战略市场研究．他撰写医疗保健技术，包括POC诊断、数字治疗、移动医疗等。
(引用)
https://www.strategicmarketresearch.com/market-report/3d-cell-culture-market
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8749977/
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmolb.2020.00033/full
