IVD原料市场，增添新动力

近期在第三届长三角体外诊断产业高峰论坛上，共有16个新品公开，涉及数字PCR、临床质谱、蛋白质组学、纳米孔测序、芯片、微球等体外诊断原料、仪器、方法和服务的全产业链条。

当前，体外诊断手段愈发重要，已成为疾病预防、诊断治疗必不可少的医学手段。而处于上游端的原料、仪器等也更加了凸显自主自控的重要性。

本次论坛上海观纳智能科技，发布了明星产品AICELL MINI 、 AICELL ONE和AICELL SMART 智能活细胞成像系统，以及一款三维培养试剂基质胶材料。“三维培养的原材料市场长期被欧美国家垄断，其是国内少有的能够推出同样产品的厂家，解决三维培养的原材料供应的问题，这三款款智能活细胞成像系统通过定点实时拍照、远程交互、细胞计数等功能，实现细胞培养、观察、检测的一体化与智能化，三维培养试剂基质胶材料则具有填补国内该领域空白的重大意义。

那么，我们现在常用的原材料，又有什么区别呢？

与二维细胞培养相比，三维细胞培养能够产生多层细胞聚集体（球体），从而呈现出复杂的三维结构，这一结构与在体内观察到的复杂细胞组织相类似。这个有点类似三维立体图和二维平面图，整个感观明显升级了，在观察和分析上更为全面，有了立体结构球体聚集就成为了可能，三维结构能形成主要原理是来自支架结构的作用，托起细胞形成这种类组织的结构。

三维细胞最后培养的整体外观需要取决于细胞类型，因为其生长的上皮组织总是倾向于形成极化片。理论上讲，可被取样作为基质并在三维培养中生成球体的细胞类型有很多。但是大多数情况都需要筛选特定的细胞类型来生成三维细胞组织，比如自体细胞、异体细胞、干细胞、多能干细胞等等，最后用来培养获得球体。

而在二维培养中，只有与培养表面接触的一侧能发生细胞吸附。正常情况下，众细胞从组织中分离出来直接置于培养表面时，且越加扁平化，并丧失其分化表型。3D培养使得整个细胞表面都可以发生吸附，其吸附和伸展影响其增殖、凋亡和分化功能，因此建立了生理上的细胞-细胞与细胞-细胞外基质相互作用，达到天然组织的特异性。可想而知，这样做出来的原材料活性明显高于二维培养出来的产品。

2D细胞培养的局限性对临床前基于细胞的药物和毒性筛选试验的可预测性已经造成影响。因为2D培养系统常常无法构建有效的肿瘤生物学模型。使用2D模型进行临床前药物研发时，严重依赖动物模型来进行生物利用率和毒物学的研究。而像Transwell细胞小室这样的可通透支持物，是重建具有活体组织类似的细胞形态、细胞-细胞相互作用、极性和分泌功能的上皮细胞3D模型时特别有用的工具。

总而言之，三维在基因表达、分泌、及细胞功能等方面与单层有明显优势，与体内生长环境更为相似，培养出来的原材料品质明显高于二维培养，也正因为此，其背后所要求的高技术门槛，抑制了国内三维培养市场的发展。

三维培养虽然对培养原材料意义重大，但是尚需解决一些实际问题，这也是不能大规模商业化的的原因所在。

第一，尽管出现了上海观纳智能科技一些技术领先的企业，当前大多数系统还不能模拟体内的生物机械动态特性，也就是说尚在发展初期，离蓬勃发展期还有相当一段时间，如文章开头所述，当前三维培养的原材料市场长期被欧美国家所垄断。

第二，实验室中所用的动物源或人源的支撑材料具有一定病原风险，即使确定某种材料已风险较小，但不同批次的材料也可能存在差别性，即在重复性上可能不及合成的支架材料，因此大量丰富的合成支架材料会是市场所期盼的。

第三，对植入安全的大多数支架系统即便使用合成材料或动物-来源细胞外基质材料，这些生物材料技术仅适用于3D细胞培养，在规模推广上仍受限制，在成本上就无法融入市场，以及无法筛选关联格式。

第四，于IVD领域来讲，所生产的IVD试剂最终是用来检测的，那么在一些生化测定、图像扫描和荧光检测方面，比如支架最后是否存在影响，干涉检测结果，这些在选择产品时均要充分考虑，否则再高端的试剂最终也用不上。

总之，材料工程学与生物学的结合推动着3D培养方式越来越多样化，可供科研人员和研发机构更多的选择，增大开发空间。按常理来讲，实施3D技术的企业一般是关注如何让3D体系更加接近人体实际环境，所生产的原料性能是否更佳。

不过对IVD上游企业来讲，除了模拟人体实际成长环境，要实现商业化并顺利推向市场，就需要高效、自动化和成本控制得当，在这中间形成一个平衡，从而供应市场能接受的产品。也就是说3D技术尚须实现突破，来实现3D培养体系工业化应用便捷和高效普及。

如上文所述，虽然现阶段还面临许多困难，包括三维培养体系，其终究与体内的实际情况不同，还有一定的差距、培养方式不够完善等。相信随着三维细胞培养技术与微流控、微制造、微芯片等前沿技术的融合以及相关学科的发展，这些问题将会迎刃解决。

而三维细胞培养的原材料，相比二维主要在分化、细胞间相互作用机制上具备了优势，使活性方面更强。现阶段在支架材料、操作方法、基质环境等方面的基础已初露锋芒，未来将有更多的应用价值被发掘，以上海观纳为缩影的国产企业未来可期。

参考资料：

1.16个新品发布！嘉定体外诊断产业加快释放发展新动能，腾讯网，2023

2.三维细胞培养系统较之传统二维培养的的优势，北京众力挽生物，2021

3.三维细胞培养简介(上)，知乎，2022

4.为什么选择3D细胞培养(3D细胞培养与2D细胞培养区别)，bilibili，2022

5.康宁生命科学：3D细胞培养和2D细胞培养的区别，生活爱百科，2020