由于临床试验的成功率相对较低，药物研发依然是一个漫长而艰苦的过程。据《药理学前沿》报道，半数以上的新药由于缺乏临床疗效而止步于临床试验的第2或第3阶段，另有30%的新药因安全性问题导致研发失败。
研究人员亟需新技术来提高药物研发的准确性，由此3D细胞培养技术应运而生。
数十年来，2D培养一直是药物研发过程中使用的基本细胞培养方法。但是近年来，3D细胞培养模型越来越广泛地应用于药物研发的多个阶段，包括靶点验证、先导化合物发现以及临床前优化。
3D细胞培养模型最开始应用于肿瘤研究，目前许多3D细胞肿瘤模型均是在培养板中以3D多细胞球的形式生长。不过，该领域更新的成果是在培养皿中培养的类器官，据《Drug Discovery World》报道，类器官作为一种药物研发工具，展现出巨大的潜力。
3D细胞培养技术还可用于培养患者特异性细胞，这意味着在将药物直接用于患者之前，可以在实验室培养的类器官上对药物进行测试，以预测患者对药物的反应。
3D细胞培养通常使用细胞外基质 (ECM)，这种固体支架可支撑细胞生长。天然来源的ECM (如Corning® Matrigel基质和其他基底膜水凝胶) 广泛用于3D细胞培养。Matrigel基质是一款经过优化的细胞外基质。
据《药理学前沿》报道，研究人员在早期认为ECM主要提供结构支持，但如今认识到，ECM会积极影响细胞行为。ECM各种成分的动态变化可调节细胞生长、细胞信号传导和细胞骨架组织。ECM的组成可影响细胞对药物的反应，促进耐药性，提高药效，甚至改变药物的作用机制。
Matrigel 基质像天然胶原蛋白一样，通过整合素受体促进细胞附着。正如《药理学前沿》所指出的，这会“激活控制细胞存活、生长和分化的细胞信号通路”，并且“可以调节对治疗方法（包括化疗、免疫治疗和放疗）的反应”。由于其可重复性和一致性，Matrigel 基质还可以简化类器官培养的工作流程。
在微孔板 (如Corning® 球形微孔板) 中生长并嵌入ECM的多细胞球可以由多种细胞生成。它们可用于筛选能够调节肿瘤生长、侵袭和血管生成的化合物。
在近期发表于《抗癌研究》的一项研究中，研究人员从头颈部鳞状细胞癌细胞系和人原代细胞生成了悬滴多细胞球。这项初步研究是使用新鲜肿瘤活检组织的细胞进行的，结果证实了可以利用该方法开发出用于评估患者对常规化疗和实验药物敏感性的测定法。
不过据《药理学前沿》报道，生成大小均一的多细胞球并非易事，而且控制球体大小以防止坏死和营养供应不足也颇具挑战。Corning® Elplasia培养板采用微腔技术，可以在同一培养条件下在一块培养板中生成数千个多细胞球，还能以高通量方式生成大量大小均一的多细胞球。
真正的3D细胞培养模型能够更精确地模拟体内条件和微环境，从而改善药物研发过程，获得更好的临床疗效。
对于研究方法和模型，研究人员需要考虑到，对药物的反应不仅因肿瘤类型和细胞系而异，还会受到周围ECM、与基质细胞的相互作用以及免疫调节分子的影响。
肿瘤药物研发可以将3D细胞培养与肿瘤球 (患者来源类器官) 和不同亚型肿瘤细胞的类器官库相结合，这有助于推动个性化药物疗法的开发，从而改善治疗效果并减少副作用。
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