3D模型的前景与挑战

随着我深入了解更多关于3D模型的知识，我发现越来越多的证据表明，2D和3D培养之间的生物学差异可能导致研究中不同的、有时相反的结论，而且3D模型通常更好地代表了细胞在体内的行为。

研究科学家德鲁·奈尔斯(Drew Niles)说:“你可以争辩说，3D技术在生理上并不绝对相关，但这是向前迈出的一步。这就是我们对模型所做的:试图让它们更具有代表性。我想所有人都意识到3D技术是向前迈出的一步。”

随着研究人员越来越多地转向3D技术，Promega的科学家认识到需要制定在这些系统中有效的分析方法。三维模型中的ECM涂层常常阻止试剂穿透到球体的中心。例如，CellTiter-Glo^®细胞活力测定法是一种基于ATP检测的生物发光测定法，因此不完全裂解意味着系统中存在的很多ATP不能被测量，从而产生不准确的结果。

"用原来的CellTiter-Glo^®产品，我们注意到，随着结构变得越来越大，我们用酸提取的ATP量与我们按照原始程序提取的ATP量之间存在偏差，”特里说。“这实际上导致了重新制定ATP检测范围，以制造CellTiter-Glo^®3 d。”

在CellTiter-Glo的例子中^®， Promega的科学家发现，溶解试剂无法到达球体中心的细胞。他们通过添加更多的洗涤剂和增加暴露时间来增加试剂的溶解能力，从而使渗透更深，溶解更彻底。不过，同样的逻辑可能并不适用于每一种化验。在某些情况下，不需要改变试剂的组成，如在RealTime-Glo™MT细胞活力测定中。

在我第一次拜访的几天后，我和迈克回到了实验室。他准备对我之前检查过的细胞进行化验。当我看着迈克从两个盘子中取出介质时，我意识到这是我见过的最慢的，只有70 μ l的液体。他用的是一个8通道的电子移液器，但清空每排井大约需要7秒。

“你必须小心你的移液速度，因为微生物组织会四处移动，”迈克告诉我。“实际上，我们必须购买运行速度低于每秒10 μ l的移液器。我们越慢越好。”

它是如此的慢，以至于看它几乎是痛苦的。我只用一个单通道手动移液器就能轻松地在更短的时间内完成同样的任务，我无法想象每天以那样的速度工作有多乏味，但迈克坚持认为这样更安全。

这些3D系统对从事药物研发的科学家很有吸引力，因为它们通常能更准确地反映药物对体内细胞的影响。例如，Kota等人(2018年)使用高通量筛选方法对胰腺上皮肿瘤细胞的3D球体进行筛选，发现了一种潜在的候选药物(Proscillaridin a)，在传统的2D方法中，该药物无法被识别为选择性撞击。他们描述了药物渗透、细胞间相互作用和缺氧的差异，他们认为这些差异导致了截然不同的结果。

在药物研发过程之外，3D模型可能会彻底改变癌症治疗的临床方法。每一种癌症在基因上都是不同的，甚至单个突变都可能影响药物反应。研究人员正在开发利用患者的肿瘤样本创建3D类器官的方法，称为患者衍生类器官(PDOs)。当一组已知疗效的化合物应用于这些pdo时，结果对临床反应具有很高的可预测性。这些结果可以指导临床决策，类器官的基因组序列可以帮助研究人员发现特定突变和对不同药物反应之间的相关性。所有这些都有可能在未来简化治疗方案的开发，帮助患者更快地获得可能对特定癌症最有效的药物。

随着科学家们不断改进3D模型，解决关于标准化和可复制性的问题以及广泛实施的财务挑战将是至关重要的。在合适的条件下，也许这些系统可以在我们研究和治疗癌症的方式上引发一场革命。在体内再现肿瘤生物学方面的每一个进步都代表着改善医学和患者护理的巨大潜力，但从研究人员的角度来看，这些进步是一个微小的球体和一个极其缓慢的移液管一次取得的。