三次元細胞培養
正常な溶質の拡散と、成長因子や酵素などへの結合も三次元的な細胞マトリックスに依存しているため、組織のスケールでの溶質の濃度勾配を再現するためにも、三次元的な培養は重要である。
薬物の毒性スクリーニングのためにも有用である。三次元スフェロイドの遺伝子発現は、生体内での遺伝子発現により似ているので、二次元よりも三次元で培養した細胞で、遺伝子発現の試験をする方が有用である。また、三次元細胞培養は、二次元の細胞培養よりも高い安定性をもち、細胞の寿命が長いという特徴をもつ。三次元培養が、長期間の研究や、薬物の長期間の効果を調べるために、より適していることを意味する。二次元培養では、正常な細胞増殖を続けさせるのに充分な栄養素を与えるために、ペトリ皿など培養を行っている場所から細胞をトリプシン処理で剥がして、細胞を含んだ懸濁液の状態にし、これを適切な濃度に薄めて別な培養皿に移すという操作、いわゆる、継代培養をしないといけない。これに対して、三次元環境下ではその操作なしに培養することができる。三次元スフェロイドは、実験的環境下で最大302日間培養され、がん化せずに成長を維持した。
いずれの三次元的な培養法も、薬物開発プロセスにおいて、二次元的な培養にとってかわっているわけではない。既存の三次元的な培養法は、スケーラビリティ、再現性、感度、ハイスループットスクリーニング(HTS)機器との互換性において制限がある。細胞を用いるハイスループットスクリーニングは、細胞生存率、細胞-細胞相互作用、細胞-マトリックス相互作用、細胞移動などへの、薬物の影響を迅速に決定するが、現在利用可能なアッセイは、三次元細胞培養に最適化されていない。三次元細胞培養が直面する別の課題としは、in vitroの三次元環境での薬物相互作用、細胞分化、および細胞シグナル伝達について、in vivoでの薬物応答との結果の相関に関しての発表されている実験結果が多くないことである。三次元細胞培養を用いた研究の数は急速に増加しているが、現在の生化学的な特性の知見が限られているため、新しいこの方法の採用が促進されるために必要な信頼性が低い。これらの課題が満たされるに従い、三次元細胞培養が日常的なツールとして採用されていくだろう。
また、スフェロイドを使って薬剤の効果を確かめる場合、スフェロイド中に可溶性の分子の濃度勾配ができるが、いくつかの試みはあるものの、その複雑な勾配の中での細胞の挙動を識別するのは困難である。