在細胞生物學與生物技術領域，懸浮細胞與貼壁細胞是兩類核心研究對象，其培養方式、生理特性及應用場景存在顯著差異。本文將從技術原理、培養策略、應用場景及未來趨勢四個維度，系統解析這兩類細胞的技術特性與前沿進展。

一、技術原理：生長模式與細胞特性

1. 懸浮細胞：自由生長的“液體精靈”

懸浮細胞（如血液細胞、免疫細胞、部分腫瘤細胞）天然適應懸浮生長環境，其細胞膜表面缺乏黏附分子（如整合素），或黏附分子表達水平較低，無法與培養基質形成穩定連接。這類細胞在液體培養基中呈單分散或小聚集體狀態，通過代謝產物交換與營養吸收維持增殖。其核心優勢在于高密度培養（如CAR-T細胞擴增可達10?/mL）與規模化生產，但需嚴格控溫、溶氧及pH值，避免細胞沉淀或過度聚集導致死亡。

2. 貼壁細胞：依賴基質的“結構建筑師”

貼壁細胞（如成纖維細胞、上皮細胞、干細胞）依賴細胞外基質（ECM）成分（如膠原蛋白、纖連蛋白）與整合素受體結合，形成黏附斑（Focal Adhesion），進而觸發細胞骨架重組與增殖信號通路。這類細胞在培養皿或生物反應器表面呈單層鋪展生長，形態規則（如梭形、多邊形），但易因接觸抑制（Contact Inhibition）停止分裂。其培養需嚴格控制基質涂層、接種密度及傳代時機，以維持細胞活性與功能。

二、培養技術：從基礎操作到精準調控

1. 懸浮細胞培養：動態環境與營養優化

生物反應器設計：采用攪拌式或波浪式反應器，通過槳葉轉速（50-200 rpm）與通氣策略（微泡擴散或表面通氣）控制溶氧（DO>30%）與剪切力（<5 dyn/cm2），避免細胞損傷。例如，CHO細胞（中國倉鼠卵巢細胞）在5L反應器中可實現10? cells/mL的活細胞密度。

培養基優化：使用無血清培養基（SFM）或化學成分限定培養基（CDM），補充生長因子（如IL-2、SCF）與微量元素，延長細胞存活周期。例如，NK細胞培養中添加IL-15可顯著提升細胞毒性。

過程監控：集成在線傳感器（如pH、DO、葡萄糖濃度）與拉曼光譜技術，實時監測細胞代謝狀態，動態調整補料策略。

2. 貼壁細胞培養：基質工程與微環境模擬

基質涂層技術：采用天然（如明膠、層粘連蛋白）或合成（如聚賴氨酸、聚乙二醇）材料修飾培養表面，調控細胞黏附與分化。例如，iPSC（誘導多能干細胞）培養需使用Matrigel或vitronectin涂層維持多能性。

3D培養系統：通過支架材料（如水凝膠、脫細胞基質）或微載體（如Cytodex beads）構建三維結構，模擬體內組織微環境。例如，乳腺癌類器官在Matrigel中可形成具有缺氧核心的球狀結構，更貼近腫瘤生理特征。

微流控芯片：集成梯度生成、細胞捕獲與動態灌注功能，實現單細胞水平的高通量分析。例如，器官芯片（Organ-on-a-Chip）通過微通道連接不同類型貼壁細胞，構建肺、肝等器官模型，用于藥物毒性測試。

三、應用場景：從基礎研究到臨床轉化

1. 懸浮細胞：免疫治療與生物制藥

CAR-T細胞療法：通過懸浮培養擴增T細胞，并轉導嵌合抗原受體（CAR），用于血液腫瘤治療（如B細胞淋巴瘤）。2021年，FDA批準的Kymriah療法即基于此類技術。

疫苗生產：利用Vero細胞（貼壁轉懸浮適應株）懸浮培養生產脊髓灰質炎疫苗，產量較傳統轉瓶培養提升10倍。

抗體藥物：CHO細胞懸浮培養是單克隆抗體（mAb）生產的主流技術，全球70%以上治療性抗體通過此途徑制備。

2. 貼壁細胞：組織工程與疾病模型

皮膚修復：成纖維細胞與角質形成細胞共培養構建人工皮膚（如Apligraf），用于慢性潰瘍治療。

神經再生：嗅鞘細胞（OECs）貼壁培養后移植至脊髓損傷部位，促進軸突再生與功能恢復。

疾病建模：患者來源的腫瘤細胞（PDOs）貼壁培養可保留原始腫瘤的基因突變與藥物敏感性，用于個性化醫療。

四、未來趨勢：智能化與多學科融合

隨著AI、生物材料與微納技術的融合，懸浮與貼壁細胞培養正朝著精準化、自動化與功能化方向發展。例如：

AI優化培養參數：通過機器學習分析歷史數據，預測最佳攪拌速度、補料時間與溫度曲線。

4D生物打印：結合時間維度，打印可動態響應的智能支架，調控貼壁細胞分化軌跡。

類器官芯片：串聯懸浮免疫細胞與貼壁腫瘤類器官，構建“免疫-腫瘤”互作模型，加速免疫療法開發。

懸浮細胞與貼壁細胞作為生命科學研究的“雙引擎”，其技術進步不僅推動了基礎生物學發現，更為再生醫學、精準醫療與生物制造提供了關鍵工具。未來，隨著技術的持續迭代，這兩類細胞的培養與應用將開啟更多可能性，重塑生命科學的研究范式。