Advances in microscale 3D cell culture systems have helped to elucidate cellular physiology, understand mechanisms of stem cell differentiation, produce pathophysiological models, and reveal important cell–cell and cell–matrix interactions. An important consideration for such studies is the choice of material for encapsulating cells and associated extracellular matrix (ECM). This Review focuses on the use of alginate hydrogels, which are versatile owing to their simple gelation process following an ionic cross-linking mechanism in situ, with no need for procedures that can be potentially toxic to cells, such as heating, the use of solvents, and UV exposure. This Review aims to give some perspectives, particularly to researchers who typically work more with poly(dimethylsiloxane) (PDMS), on the use of alginate as an alternative material to construct microphysiological cell culture systems. More specifically, this Review describes how physicochemical characteristics of alginate hydrogels can be tuned with regards to their biocompatibility, porosity, mechanical strength, ligand presentation, and biodegradability. A number of cell culture applications are also described, and these are subcategorized according to whether the alginate material is used to homogeneously embed cells, to micropattern multiple cellular microenvironments, or to provide an outer shell that creates a space in the core for cells and other ECM components. The Review ends with perspectives on future challenges and opportunities for 3D cell culture applications.

中文翻译：

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用于三维体外细胞培养的藻酸盐微囊化

微尺度 3D 细胞培养系统的进步有助于阐明细胞生理学，了解干细胞分化机制，产生病理生理模型，并揭示重要的细胞-细胞和细胞-基质相互作用。此类研究的一个重要考虑因素是选择用于封装细胞和相关细胞外基质 (ECM) 的材料。本综述重点关注藻酸盐水凝胶的使用，由于其简单的凝胶化过程遵循原位离子交联机制，因此用途广泛，无需加热、使用溶剂等可能对细胞产生潜在毒性的程序和紫外线照射。本综述旨在提供一些观点，特别是针对通常更多使用聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）的研究人员，关于使用藻酸盐作为替代材料来构建微生理细胞培养系统。更具体地说，本综述描述了藻酸盐水凝胶的物理化学特性如何在其生物相容性、孔隙率、机械强度、配体呈现和生物降解性方面进行调整。还描述了许多细胞培养应用，这些应用根据海藻酸盐材料是否用于均匀嵌入细胞、微图案化多个细胞微环境或提供外壳在核心中为细胞和其他细胞创造空间而进行了细分ECM 组件。回顾以对 3D 细胞培养应用的未来挑战和机遇的看法结束。本综述描述了藻酸盐水凝胶的物理化学特性如何在其生物相容性、孔隙率、机械强度、配体呈现和生物降解性方面进行调整。还描述了许多细胞培养应用，这些应用根据海藻酸盐材料是否用于均匀嵌入细胞、微图案化多个细胞微环境或提供外壳在核心中为细胞和其他细胞创造空间而进行了细分ECM 组件。回顾以对 3D 细胞培养应用的未来挑战和机遇的看法结束。本综述描述了藻酸盐水凝胶的物理化学特性如何在其生物相容性、孔隙率、机械强度、配体呈现和生物降解性方面进行调整。还描述了许多细胞培养应用，这些应用根据海藻酸盐材料是用于均匀嵌入细胞、微图案化多个细胞微环境，还是提供在核心中为细胞和其他细胞创造空间的外壳进行子分类。 ECM 组件。回顾以对 3D 细胞培养应用的未来挑战和机遇的看法结束。根据海藻酸盐材料是用于均匀嵌入细胞、微图案化多个细胞微环境，还是提供外壳，在核心中为细胞和其他 ECM 组件创造空间，这些都被细分。回顾以对 3D 细胞培养应用的未来挑战和机遇的看法结束。根据海藻酸盐材料是用于均匀嵌入细胞、微图案化多个细胞微环境，还是提供外壳，在核心中为细胞和其他 ECM 组件创造空间，这些都被细分。回顾以对 3D 细胞培养应用的未来挑战和机遇的看法结束。