細胞培養(yǎng)在腫瘤學、細胞生物學和組織工程中的應用正在增加。它提供了體外培養(yǎng)的可訪問性和靈活性，同時提供了一個更接近于體內(nèi)組織 3D 結(jié)構(gòu)的平臺。本綜述重點關(guān)注細胞的 3D 聚集體，也稱為球體或類器官。在這里，我們將討論它們的應用、它們的生物學、使用這種模型的興趣、目前用于生成這些模型的不同方法以及該領(lǐng)域需要改進的領(lǐng)域。

球狀體是細胞間的相互作用而不是附著在基質(zhì)上時形成的 3D 細胞聚集體。當細胞不能與固定支持物（例如培養(yǎng)板的塑料或玻璃表面）接觸時，就會滿足這些條件，并且它們開始以松散的聚集體自組裝。它依賴于在胚胎發(fā)生、形態(tài)發(fā)生和器官發(fā)生中觀察到的相同過程（Ryu et al. 2019）。整合素和 E-鈣粘蛋白已被證明在這一過程中至關(guān)重要（Lee et al. 2012）。整合素是跨膜蛋白，可以與細胞外基質(zhì) (ECM) 成分結(jié)合，并作為網(wǎng)絡啟動細胞的聚集。然后，同源的 E-cadherin 相互作用將細胞緊密地包裝在一起，并使結(jié)構(gòu)演變成一個緊湊的球體。

如果使用的細胞能夠產(chǎn)生 ECM 成分，它們可以鞏固結(jié)構(gòu)，而細胞由于接觸相互作用而自主排列（Takezawa et al. 1993）。這創(chuàng)造了一個適應細胞的環(huán)境，類似于體內(nèi)條件：依賴于 ECM 和細胞間相互作用的信號通路被適當激活，細胞微環(huán)境的組成和密度可以在球體內(nèi)自動調(diào)節(jié)，不同來源的細胞可以分離隨著時間的推移復制一個類似體內(nèi)的組織。

壓縮后，球體可以顯示多達三個不同的層，這些層可以調(diào)節(jié)細胞的表型（Nath 等人，2016 年）。擴散現(xiàn)象僅限于致密聚集體內(nèi)部，氧氣僅少量到達其核心，生物廢物保留在內(nèi)層區(qū)域，只有球體的外層獲得足夠的養(yǎng)分來增殖（圖 1）。它可以導致三層結(jié)構(gòu)，其中中心由壞死和缺氧細胞組成，核心被一層靜止細胞包圍，外圍細胞高度增殖并產(chǎn)生代謝物。這些不同域的大小取決于所使用的細胞、結(jié)構(gòu)是否非常緊湊以及球體的尺寸。對于本綜述中考慮的大多數(shù)細胞培養(yǎng)，已經(jīng)觀察到直徑大于幾百微米的球體存在壞死核心（Kim 等人 2020、Qiu 等人 2015、Nath 等人 2016）。低于這樣的尺寸，營養(yǎng)物質(zhì)和廢物在球體上的擴散足以維持整個結(jié)構(gòu)的健康。

許多細胞類型已被證明能夠形成聚集體，例如分化的上皮細胞 (Xia et al. 2012 (Hepatocytes), Takezawa et al. 1993 (Fibroblasts))、間充質(zhì)干細胞 (MSCs) (Qiu et al. 2015 (Qiu et al. 2015)脂肪來源的 MSCs)、Wang et al. 2009 (Human MSCs))、原代干細胞 (Kim et al. 2014 (鼠胚胎干細胞)) 和癌細胞系 (Froehlich et al. 2016 (MCF-7, SK-BR) -3, MDA-MB-231, 乳腺癌), Sirenko et al. 2015 (HCT116, 結(jié)腸癌, DU145, 前列腺癌, HepG2, 肝癌), Yamazaki et al. 2014 (HepG2, 肝癌))。不同細胞類型的共培養(yǎng)也是可能的，并且可能有助于創(chuàng)建更逼真的模型（Otsuka et al. 2013）。例如，成纖維細胞可以與癌細胞一起培養(yǎng)以形成更堅固的結(jié)構(gòu)（Lee, JM et al. 2018）。來自同一組織的不同細胞類型可以形成一個球體，更好地模擬所研究器官的組織和功能。在這種情況下，可能會使用內(nèi)皮細胞和形成朗格朗斯島的不同細胞（Jun et al. 2019）。