写的
由
细胞培养现在比以往任何时候都更接近患者，证明了在上个世纪所取得的巨大进步。在这里，我们仔细研究了细胞培养的演变，并强调了将细胞培养作为宝贵工具的关键科学领域。
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医学研究旨在从复杂的细节上揭示我们的身体在正常和病理情况下是如何工作的。最古老的方法是直接研究我们的身体原位．也就是说，在它原来的地方——我们可以通过手术观察人体的外部或内部。下一步是分离组织，这样我们就可以在体外研究它们了体外，由于显微镜技术的出现，它具有更大的灵活性和更高的分辨率。然而，这些宏观组织很难保持存活，并且掩盖了在细胞水平上定义的整个复杂性层，限制了我们的见解。
这就是细胞培养的作用。到了19世纪晚期，科学家们开始分离细胞以使它们在体外存活在体外(拉丁语中“玻璃中”的意思)。这意味着可以更容易地分解组织的细胞组成部分，并按照它们的典型行为来研究它们随着时间的推移在人体内。我们现在在很多领域以很多方式使用细胞培养;观察病理细胞通路，作为测试药物的一种手段，作为再生组织甚至直接创造生命的一种方式。在这里，我们回顾了细胞培养的现状，探索了细胞培养技术的发展方向，并强调了受益于细胞培养技术的研究领域。
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虽然最初的细胞培养实验依赖于使用新鲜分离的细胞(或“原代细胞”)，但这并不能确保科学家手头有足够大的细胞进行实验。这是因为大多数健康的原代细胞在衰老和死亡之前只复制一定次数。此外，由于发现的非自然条件，它们在实验室中的复制可能会受到更多的限制在体外，或处理错误(如污染)。
很快，肿瘤学领域的进步促进了无数不朽细胞系的发展，这些细胞系是指绕过衰老的细胞，从而产生大量可靠的细胞供实验室使用。
这就引出了一个问题:为什么要使用原代细胞?原因很简单，当它们在患者体内和体内发现时，能更真实地反映细胞，这对揭示药物的真实效果至关重要。它们没有像反复培养的细胞系那样经历突变或克隆选择。然而，它们更昂贵，而且在实验室中寻找和保持存活都很复杂。另一方面，细胞系的同质性有助于实验室和实验结果的标准化。
因此，在原始细胞和不朽细胞之间存在着一场持续的拉锯战，其中一种中间候选细胞越来越受到关注——患者来源的异种移植，或在小鼠而不是动物体内培养的细胞。细胞的培养原位会绕过2D所施加的非自然选择在体外但在这里，3D细胞培养可能会有所帮助。
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认识到细胞来源的重要性只是一部分。接下来，我意识到环境我们培养他们是最重要的。通常，细胞在2D平板上培养。虽然这远不能代表细胞在3D组织中的生存方式，但这是一个简单而廉价的起点。但科学家们不得不面对它不太明显的局限性:2D细胞表达基因和对药物的反应似乎与3D细胞不同，1这成为细胞培养的不归路。
我们已经认识到第三维度是多么重要，需要重新创造它在体外．细胞最初是在3D水凝胶中培养的，这种水凝胶模仿细胞外基质，后来演变成更复杂的细胞培养系统——微流体系统，比如芯片上的器官。这些提供了独特的控制生物化学和生物物理微环境的细胞培养在二维或三维的生理长度尺度在微型用户定义的隔间。
最近的一项突破似乎撼动了细胞培养的世界——类器官。2这些是自组装的器官特异性组织，来源于干细胞，概括了更简单的组织表型和基因型。为了将两者的优点结合起来，类器官现在被用于微流控芯片。3.
在细胞培养进入3D领域之前，它已经进入了另一个维度——时间。科学家们知道，只观察特定时间点的细胞意味着他们会错过大量的动力学信息，比如对许多疾病至关重要的细胞迁移。因此，延时显微镜开始流行，细胞随着时间的推移被成像。与3D细胞培养相结合，这就成为了4D细胞培养，提供了新的无与伦比的见解，尽管要使这项技术成为新的“金标准”，还需要克服一些后勤方面的复杂性。
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鉴于对癌症研究的深刻见解有助于细胞系的发展，细胞培养和癌症研究密切交织在一起。一个世纪后，细胞培养又带来了回报，研究小组现在正在开发器官特异性模型，为癌症患者开发器官特异性疗法。Hassell等人。4使用一种具有良好特征的片上肺模型来复制和研究正常呼吸期间非小细胞肺癌在肺泡上皮周围的进展。他们发现，肺上皮细胞的周期性拉伸抑制了癌细胞的增殖和侵袭，肿瘤细胞由于周期性拉伸而表现出耐药性。
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我们学会维持和分化病人自己的细胞在体外在美国，大量的机会正在出现，尤其是在个性化医疗领域。细胞培养技术的改进可能会使细胞再生成为可能在体外病人的化身，帮助观察他们对药物的具体反应，或者这个化身可以用作诊断5以及伴随疾病发展的工具。Terrenoire, C.等人。6使用从患有心律失常的患者身上提取的诱导多能干细胞(iPSCs)来识别危险的突变，并设计了个性化的治疗方法。利用患者的iPSCs，他们生成了心肌细胞，并确定了一个突变在体外钠离子通道中引起的心律失常。通过研究这些细胞，作者能够将心律失常的起源追溯到有缺陷的钠通道，并以患者特异性的方式改善疾病的管理。
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再生性疾病是我们老龄化社会的一个主要负担，尤其难以研究在活的有机体内．精确地重建了血脑屏障在体外使用芯片上的器官被证明是理解这些疾病背后的机制的关键，这些疾病可以在药理学上逆转。Shin等人。7在由神经元细胞和血管细胞组成的微流控芯片中重新创建了血脑屏障(BBB)模型，模拟阿尔茨海默病的表型。利用这个模型，他们可以精确地测量血脑屏障的渗透性，并测试可以改变它的药物。降低血管通透性可以防止对神经元细胞的损伤，这提示了一种减缓神经元疾病进展的潜在策略。
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由于细胞培养的进步，地毯毒性已经取得了巨大的进步。由于器官芯片模型，器官特异性毒性可以更好地建模。由多个器官芯片组成的身体芯片也有很大的前景，因为它们可以帮助理解参与药物代谢的几个器官之间的协同过程，比如肠道和肝脏。此外，我们现在正在学习将病人的干细胞分化为病变的干细胞而且健康的器官。这意味着一种有助于治疗该病的药物也可以在患者的健康组织上进行测试，以确保避免脱靶毒性。
细胞培养现在比以往任何时候都更接近患者，证明了在上个世纪所取得的巨大进步。
为了更好地了解疾病，我们仍然需要寻求科学突破，但实现细胞培养质量的自动化和控制也应该成为优先事项。可以肯定地说，细胞培养现在已经进入了个性化医疗的领域，如果不是开始的话。也许更大的问题是，作为一种即时治疗，它能变得多实用和可靠。
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