不同于傳統的二維化單層細胞培養,三維細胞培養系統是指將具有三維結構不同材料的載體與各種不同種類的細胞在體外共同培養,使細胞能夠在載體的三維立體空間結構中遷移、生長,構成三維的細胞2載體復合物。
　　組織工程學是20世紀80年代末期發展起來的一門新興邊緣學科。組織工程是應用細胞生物學、生物材料和工程學的原理，研究開發用于修復或改善人體病損組織或器官的結構、功能的生物活性替代物的一門科學。組織工程的三要素為細胞、支架、生長信息，其核心目的在于使細胞按既定的設計生成具有特定的生物學功能的組織。
　　三維細胞培養系統的三維骨架由基質材料構建,主要作用是提供物理強度和張力,理想的基質材料應具備以下特點：
　　1.良好的組織兼容性及生物可降解性;
　　2.良好的細胞界面,利于細胞黏附、增殖及分泌細胞外基質;
　　3.具有三維空間結構,有利于營養物質和代謝產物的交換;
　　4.具有一定的強度和可塑性。三維骨架結構除了提供足夠的機械強度外,還必須為種子細胞提供三維空間結構.
　　生物材料的三維結構可在三個尺度水平上控制工程組織、器官的生長發育過程：
　　1.在cm-mm級水平決定工程組織的形狀和大小;
　　2.在μm級水平通過生物材料的空隙大小和形態結構調節細胞的遷移和生長;
　　3.在nm級水平通過生物材料的表面化學性質調節與其接觸的細胞的粘附和基因表達。
　　目前以實現生物醫藥規模化生產為目的的大規模動物細胞培養技術雖已取得了顯著的發展,但以體外構建與各類組織、器官相應的細胞三維生長類似物或等同物為主要目的的三維細胞培養系統尚處于不成熟的早期發展階段,諸如起細胞外基質和/或生物支架作用的人造生物材料、培養基、培養裝置、不同類型細胞的共同培養和三維細胞培養物的血管形成等問題均有待進一步研究解決。隨著科學技術的不斷進步，三維細胞培養系統在組織工程中的應用必將帶來醫學變革，并為造福人類作出巨大貢獻。