三維細胞培養(yǎng)技術(shù)有著重要的應用。普通的細胞培養(yǎng)由于細胞在體外改變的環(huán)境下增生逐漸喪失了原有的性狀，往往和體內(nèi)情況不相符，而動物實驗*在體內(nèi)進行, 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雜化, 難以研究單一過程，且難以研究中間過程。三維細胞培養(yǎng)技術(shù)是介于單層細胞培養(yǎng)與動物實驗之間的一種技術(shù)，既能程度的模擬體內(nèi)環(huán)境，又能展現(xiàn)細胞培養(yǎng)的直觀性及條件可控性的優(yōu)勢。
腫瘤生物學：腫瘤的實驗性治療、腫瘤的侵襲性、轉(zhuǎn)移和中心壞死的機制、腫瘤的血管形成和營養(yǎng)供給、體內(nèi)基因表達、測試藥物對腫瘤生長和向鄰近組織轉(zhuǎn)移的抑制效果的模擬等方面。
軟骨和骨組織：成熟的軟骨細胞和干細胞被廣泛用于三維細胞培養(yǎng)，以再生損傷的軟骨、骨、韌帶、肌腱和膝關(guān)節(jié)半月板。
循環(huán)系統(tǒng)和心臟：在成熟的組織中及時產(chǎn)生血管網(wǎng)絡是組織工程的重要課題；在治療領(lǐng)域, 所關(guān)心的也是如何有目的地改變血管形成，以抑制腫瘤的進展。
神經(jīng)系統(tǒng)：培植單一神經(jīng)元成為多細胞聚集體、海馬體活標本切片后測試神經(jīng)元電勢、神經(jīng)干細胞培養(yǎng)治療老年癡呆癥、帕金森病等。 [1] 
三維細胞培養(yǎng)科研前沿：
1、三維細胞組織加拉伸力培養(yǎng)模型TissueTrain可拉應力刺激三維水凝膠支架細胞組織培養(yǎng)系統(tǒng)
三維細胞組織加力培養(yǎng)模型之功能亮點：
加力拉伸三維細胞組織培養(yǎng)
加力拉伸三維細胞組織培養(yǎng)
真正意義上的三維培養(yǎng)——該系統(tǒng)以多種包被表面
(Amino、Collagen (Type I or IV)、Elastin、 ProNectin (RGD)、
Laminin (YIGSR))的膠原水凝膠為細胞外基質(zhì)支架在生物材料
支架研究方面，與傳統(tǒng)的納米纖維支架和多孔支架相比，
水凝膠支架交聯(lián)網(wǎng)絡中含有大量水分，可以很好地供給細胞養(yǎng)分,
同時還可以交聯(lián)生物活性因子調(diào)節(jié)細胞的生長和分化，
因此水凝膠支架可以更好地模擬細胞生長所需的類組織樣物理
和空間結(jié)構(gòu)，并且可塑性高、制作工藝相對簡單、臨床應用方便。
由于膠原蛋白是人體內(nèi)含量豐富的蛋白(約占總蛋白25%)，
是細胞外基質(zhì)中常見的蛋白質(zhì)，膠原蛋白纖維上還有精氨酸
一甘氨酸一天冬氨酸等氨基酸序列，可以為細胞表層整合蛋白
所識別和貼附。
并且膠原蛋白本身是天然材料免疫排斥反應小，而且其交聯(lián)
過程不需其他化學試劑的引入，可自我交聯(lián)形成凝膠三維支架，
其生物相容性更為突出。因此，膠原水凝膠受到人們的廣泛關(guān)注。
在過去幾十年中，組織工程專家致力于研發(fā)能更好模擬三維培養(yǎng)
類似物的材料以克服二維細胞培養(yǎng)的不足。為達到這個目的，將
細胞接種于多微孔支架、納米纖維支架及水凝膠支架進行培養(yǎng)。
多微孔支架使用方便，但它的孔徑(-1 O0 μm)遠大于平均細胞直
徑(一10 μm)，因此實際相當于二維培養(yǎng)。納米纖維支架使用纖維狀
的細胞外基質(zhì)蛋白更好地模擬了三維結(jié)構(gòu)， 但是它的力學性能很難
達到使用要求。而水凝膠支架因在液態(tài)時包裹細胞，固態(tài)時形
成交聯(lián)網(wǎng)絡，可使大量細胞分散黏附于其中，使移植細胞都能接觸基質(zhì)，
這才相當于真正意義上的三維培養(yǎng)。而且膠原凝膠是含水凝膠，營養(yǎng)物
可以自由進出凝膠網(wǎng)絡，使分散于網(wǎng)絡中的細胞都能得到營養(yǎng)，
因此膠原水凝膠具有良好的親水性及細胞相容性。除此之外，
液態(tài)膠原易于添加各種生長因子，對細胞生長及分化起到重要作用
1)三維細胞牽張應力加載刺激：對生長在三維狀態(tài)下的細胞進行靜態(tài)
的 或者周期性的應力刺激
2)三維細胞培養(yǎng)：使用三維組織培養(yǎng)模具和三維細胞培養(yǎng)板可以進行
三維細胞培養(yǎng)
3)三維細胞應力加載：通過Flexcell應力加載系統(tǒng)和弧矩形加載平臺對
生長在三維環(huán)境下的細胞進行單軸向或者雙軸向的靜態(tài)或者周期性的
應力加載實驗
4)動力模擬實驗:可建立特制的各種模擬實驗：心率模擬實驗，步行模擬實驗，
跑動模擬實驗和其他動力模擬實驗
5)生物人工組織構(gòu)建：可構(gòu)建長度達35mm的生物人工組織
6)觀察細胞應力下實時反映：使用顯微鏡實時觀察細胞在三維狀態(tài)下的反應7
）多種基質(zhì)蛋白包被的尼龍網(wǎng)錨可以加強細胞與網(wǎng)錨的結(jié)合。
2、三維細胞組織加力培養(yǎng)模型三維細胞組織壓力加載培養(yǎng)系統(tǒng)模型 [2] 
三維細胞培養(yǎng)之三維細胞壓力培養(yǎng)
三維細胞培養(yǎng)之三維細胞壓力培養(yǎng)
1）該系統(tǒng)對各種組織、三維細胞培養(yǎng)物提供周期性或靜態(tài)的壓力加
載；
2）基于柔性膜基底變形、受力均勻;
3）可實時觀察細胞、組織在壓力作用下的反應;
4）可有選擇性地封阻對細胞的應力加載;
5）同時兼?zhèn)涠嗤ǖ兰毎麪坷虞d功能;
6）多達4通道，可4個不同程序同時運行，進行多個不同壓力
形變率對比實驗；
7）同一程序中可以運行多種頻率(0.01- 5 Hz)，多種振幅和多種波形；
8）更好地控制在超低或超高應力下的波形；
9）多種波形種類：靜態(tài)波形、正旋波形、心動波形、三角波形、矩形以及各種特制波形；
10)電腦系統(tǒng)對壓力加載周期、大小、頻率、持續(xù)時間精確智能調(diào)控
典型應用范圍：
檢測各種組織和細胞在壓力作用下的生物化學反應，例如：胃上皮細胞、腸上皮細胞、軟骨組織，
椎間盤骨組織，肌腱組織，韌帶組織，以及從肌肉、肺（肺細胞）、心臟、血管、皮膚、肌腱、
韌帶、軟骨和骨中分離出來的細胞
3、三維細胞組織加力培養(yǎng)模型三維細胞組織牽張拉伸力加載培養(yǎng)系統(tǒng)模型 [3] 
三維細胞培養(yǎng)之三維細胞拉力加載培養(yǎng)
三維細胞培養(yǎng)之三維細胞拉力加載培養(yǎng)
1）該系統(tǒng)對二維、三維細胞和組織提供軸向和圓周應力加載；
2）基于柔性膜基底變形、受力均勻;
3）可實時觀察細胞、組織在應力作用下的反應;
4）可有選擇性地封阻對細胞的應力加載;
5）同時兼?zhèn)涠嗤ǖ兰毎麎毫虞d功能;
6）與Flex Flow平行板流室配套，可以在牽拉細胞的同時施加
流體切應力;
7）多達4通道，可4個不同程序同時運行，進行多個不同拉伸形變率對比實驗；
8）同一程序中可以運行多種頻率，多種振幅和多種波形；
9）更好地控制在超低或超高應力下的波形；
10）多種波形種類：靜態(tài)波形、正旋波形、心動波形、三角波形、矩形以及各種特制波形；
11)電腦系統(tǒng)對牽張拉伸力加載周期、大小、頻率、持續(xù)時間精確智能調(diào)控
典型應用范圍：加載分析各種細胞在應力刺激下的生物化學反應:
例如：骨骼細胞、肺細胞、心肌細胞、血細胞、皮膚細胞、肌腱細胞、韌帶細胞、軟骨細胞和骨細胞、
腎膀胱細胞、平滑肌細胞/尿路上皮及尿路上皮細胞、眼上皮細胞、眼小梁組織細胞、腎小管上皮細胞、
腸上皮細胞、胃上皮細胞等細胞牽張拉伸力加載。
常用培養(yǎng)模型編輯
自發(fā)性細胞聚集
基質(zhì)覆蓋培養(yǎng)
旋轉(zhuǎn)燒瓶培養(yǎng)
微載體培養(yǎng)
預置支架培養(yǎng)
旋轉(zhuǎn)細胞培養(yǎng)系統(tǒng)(rotary cell culture system, RCCS) [4] 
細胞拉應力加載培養(yǎng)
細胞壓應力加載培養(yǎng)
細胞流體切應力加載培養(yǎng)
三維細胞水凝膠支架培養(yǎng)