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来自俄亥俄州立大学威廉·G·洛瑞化学与生物膜工程研究院的研究团队在三维细胞培养技术领域取得了重要进展。他们提出了一种新型的细胞接种方法，这一创新不仅有助于提升3D细胞培养技术的应用潜力，还为高通量筛选和药物研发提供了新的工具。相关研究成果已发表在《生物技术进展》（Biotechnology Progress）期刊上。

该研究由华人科学家杨尚天教授领导。杨教授在生物工程和生物加工领域拥有丰富的研究经验，尤其是在新型生物反应器研发、生物催化、发酵、细胞培养、组织工程等方面成果显著。他曾于2007年被聘为华南理工大学讲座教授。

传统的细胞培养技术在模拟细胞体内生存环境方面存在局限性，而3D细胞培养技术则能够为细胞提供更接近体内环境的微环境，从而显著提高细胞实验的准确性。这项技术在基础科学研究和制药研究中具有广泛的应用前景，尤其是在培养原料复杂度和数量增加的情况下，其优势更加明显。

早在2006年，杨教授的研究团队就开发了一种组织生长设备（tissue-growing device），用于培养成人干细胞，并实现对胚胎干细胞的精确跟踪。该设备采用双格室设计，其中一个格室包含支持干细胞生长的高聚物螺纹，另一个格室则含有液态培养基，用于传递炎症因子以维持干细胞的未分化状态。通过这一设备，研究人员能够实现干细胞在三维空间中的生长，而传统培养瓶中的细胞只能在二维平面上生长。

在此基础上，杨教授进一步发展了3D细胞培养技术，并成功应用于多种人源细胞的培养，包括人胚胎干细胞和结肠癌细胞。然而，细胞接种一直是3D细胞培养技术中的一个难点。研究团队发现，利用非织造布用纤维聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）材料进行细胞接种存在一定挑战。

为了解决这一问题，研究人员在文章中提出了一种新型的离心接种方法。该方法通过优化离心速度和时间，利用不同多孔性（93%和88%）的PET材料，显著提高了细胞接种效率。实验结果显示，优化后的离心接种方法可在不到5分钟内实现80%-90%的接种效率。此外，研究还表明，不同孔隙材料的接种效率相近，但疏孔架能够显著缩短接种时间。

研究团队进一步验证了这种方法在结肠癌细胞培养中的有效性。他们发现，3D细胞培养技术获得的细胞形态比传统2D培养更加接近体内情况，而细胞形态的变化往往会影响细胞的功能，例如信号转导等生物学过程。杨教授利用其3D细胞培养系统对抗癌药物进行筛选，并通过比较2D和3D培养细胞对抗结肠癌药物5-氟尿嘧啶的反应，发现3D培养的细胞对药物的抗性更强。这一现象可能与细胞周期行为的差异及细胞标记表达的不同有关。

此外，伦斯勒理工学院的研究人员也利用3D细胞培养技术作为一种优化的筛选工具，用于检测药物对不同器官细胞的潜在毒性。他们采用了一种基于藻酸盐的凝胶基质进行细胞培养，这种基质不仅生物兼容性良好，还可以通过添加钙或钡调节凝胶化特性，从而为干细胞培养提供了理想的生长环境。

总体而言，3D细胞培养技术的不断进步为基础科学研究和药物开发带来了巨大的潜力。通过更接近体内环境的细胞培养方式，研究人员能够更准确地预测药物的疗效和毒性，为精准医学和个性化治疗提供了重要支持。