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三维立体(three dimension,3D)细胞模型是指将具有三维结构不同材料的载体与各种不同种类的细胞在体外共同培养,使细胞能够在载体的三维立体空间结构中迁移、生长,构成三维的细胞-载体复合物。3D细胞模型既能保留体内细胞微环境中的物质和结构基础,又能展现细胞培养的直观性和条件可控性。近年来,国外的一些制药公司已经针对3D细胞模型在药物早期毒性筛选中的应用展开研究。目前研究的较多的主要有3D皮肤模型、3D肝细胞模型、3D神经细胞模型等。1)3D皮肤模型尤其是人源化重组3D皮肤细胞模型代替传统的哺乳动物细胞进行体外遗传毒性评价是目前一个新的研究方向和热点,并且得到了国际遗传毒性工作组(International Workgroup of Genetic Toxicology,IWGT)、欧盟动物替代实验参考实验室所支持的工作组(EURL ECVAM)等国际组织的广泛认可。国际上已有一些比较成熟的人源化3D皮肤模型(如EpiDermTM或Phenion等),并已开展基于上述3D模型的体外微核试验和彗星试验研究,用以评价化合物潜在的遗传毒性。2)3D肝细胞模型具有许多优越于2D肝细胞体外替代模型的优势,如模拟体内组织,具有器官型功能,能够进行药物代谢评价(具有内源性代谢、外源性物质代谢以及转运功能)以及毒性作用评价(如药物性肝损伤)。该细胞模型具有良好的生物学相关性(能够表达AAT、ASGR1、HNF4A,并能分泌白蛋白,其分泌水平与成人主要肝细胞相似)。此外,3D肝细胞模型已可以实现长期培养过程中维持肝脏特殊功能及代谢功能,从而为临床前药物筛选、药物研发中肝脏毒性检测提供了可预测药物单次或重复暴露的肝脏毒性(急性与长期实验均可)。3)3D神经细胞模型由神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞等形成相互连接的类神经网络,其在形态和细胞构成等方面均与神经组织相类似。目前国际上3D神经细胞模型在药物毒性评价中的应用研究刚刚起步,欧美已有制药公司开始采用3D神经细胞模型结合现行的技术如免疫组化、电子显微镜、电生理技术等研究药物对3D神经细胞形态结构、蛋白表达、电生理学活性的影响,进行药物早期神经毒性筛选,提供神经毒物暴露导致3D神经细胞模型形态结构、电生理学活性、蛋白质表达改变的数据。作为强有力的体外早起毒性筛选模型,3D细胞模型自诞生以来不断取得了令人欣慰的成就。但是目前的技术条件仍然有待发展,支架材料需进一步改进和完善,3D细胞培养技术的标准化也需通过大量的实验和验证进行优化与完善,3D细胞模型在药物早期毒性筛选中得到广泛应用还有很长的路要走。