常规的细胞培养都是在常重力下进行的。由于重力的作用细胞在培养液中自然沉降，限制了细胞与细胞、细胞与基质之间的随机组合与空间定位，不能很好地形成三维立体结构。

20世纪80年代末，美国航空航天局(NASA)在开展空间生物学试验时设计出一种转壁式生物反应器(rolating wall vessel bioreactor，RWVB)。

转壁式生物反应器极由水平放置的两个内外向心圆杆组成(见下图)。静态的内柱由半透膜构成，使得气体可以通过膜进行交换。旋转的外柱由非通透性材料制成。内外柱之间连续灌注培养介质，将细胞培养其中。整个装置可以绕内轴旋转。通过调节外柱的转速，使得旋转产生的离心力与重力平衡，为细胞生长提供一个微重力环境。这样在普通培养条件下只能呈二维贴壁生长的哺乳动物细胞表现出三维增殖与细胞分化，进一步形成有功能的组织块。

采用该生物反应器已在骨髓间充质干细胞、小牛软骨细胞、狗软骨细胞、大鼠心肌细胞、大鼠啄液腺上皮细胞、卵泡瘤细胞、人的胰岛β细胞、肝细胞培养以及胸腺器官培养等方面取得了进展。

NASA目前有4种特有的培养系统：

1. 慢速转动的单端固定的容器或STL是一种批量培养的容器

2. 原先在设计上用来进行灌注培养和贴壁细胞培养的灌注培养系统

3. 原先在设计上用来进行贴壁和悬浮培养的高截面纵横比或HAR容器

4. 通过复杂的过程控制式计算机来控制组织培养系统的空间生物反应器。

所有这些容器都是建筑在通过沿水平轴旋转来减少重力因素的基础上的。这些培养系统通过在实验室模拟太空中的微重力环境，作为以下独特研究的工具：

1. 低剪刀力

2. 不同大小颗粒的共同培养

3. 有助于3维组织的形成

4. 有助于细胞的分化

【重大意义】

1. 组织移植：例如3DB培养的肝和自然的在整体上无区别，使局部组织移植成为可能。

2. 疫苗生产：以前丙肝疫苗效果不佳的原因之一是用来产生这种疫苗的病毒并不长在人的肝脏中，现在3DB培养的肝使产生肝炎疫苗的病毒生长在人的肝脏成为现实。3DB在美国已广泛用于生产。

3. 软骨再生：经培养的软骨密度极高，可治疗关节损伤。

激素、酶和其它由人体组织产生的蛋白以及基因工程：经培养的高分化的人体组织，其被刺激后能分泌治疗用的蛋白。例如经培养的神经组织产生的神经生长激素能修复脊椎的损伤。

4. 骨髓再生：培养的骨髓生长情况极佳，且可连续进行增生和低温冷冻保藏，可建大型骨髓库。

5. 糖尿病：胰岛素培养后能插入体内继续生长，无数患者有望免去长期注射胰岛素。

6. 有效杀灭肿瘤：对肿瘤组织活体取样，与自身的白细胞或淋巴细胞在3DB中混合培养，刺激或驯化它们来识别和攻击肿瘤组织，然后把经驯化后有杀伤力的细胞直接注入病灶。这样，这些经感化的淋巴细胞彻底杀灭了肿瘤。

7. 肿瘤、爱滋病、肾病和心脏病的理想模型：培养人的器官、腺体和淋巴结。然后感染这些类器官，再跟踪其生长。把药物用在被感染的经培养的组织模型上，研究其对抗疾病的效果及其对抗方式。例如肿瘤组织的培养有利于测试化疗药在病人自身的经培养和分化的肿瘤上的疗效，避免了用药的盲目性。以前这是在鼠的组织模型上进行的，但物种差异使许多肿瘤在鼠中的生长情况并不好。而在3DB中，所有的肿瘤组织都完好生长，且避免了原先鼠蛋白的干扰。

8. 皮肤移植：经培养的皮肤具有极高分化度避免了以前培养的皮肤在肌理、灵巧度和肤色的不足。

（详见：http://www.labbase.net/Supply/SupplyItems-1387109.html）

3D微重力生物反应器