[目的]探究建立3D培养体系富集外周血中的循环肿瘤干细胞。[方法]应用阴性筛选的方法富集外周血中的循环肿瘤细胞(circulating tumor cells,CTCs),随后利用3D培养体系将富集得到的细胞进行培养。采用免疫荧光、定量RT-PCR对3D培养的前列腺癌LNCaP细胞系、肺癌H2347细胞系的干性表型特征进行分析。使用肺癌患者的血液样本分离CTCs进行3D培养验证该方法的可行性。[结果]在光镜下可观察到,在3D培养体系中从外周血分离的前列腺癌LNCaP细胞增殖形成肿瘤细胞微球。免疫荧光结果显示,在3D培养条件下成团生长的前列腺癌LNCaP细胞表达EpCAM和CD133。在3D无血清培养条件下,LNCaP细胞系成球率为18.67%±3.06%。前列腺癌LNCaP细胞在3D培养体系中与普通2D培养相比,干性相关基因CD133、CD44和ABCG2表达水平明显增高,3D培养的肺癌H2347细胞与普通2D培养相比,干性相关基因CD133表达水平明显升高。肺腺癌患者肺静脉血分离CTCs 3D培养,可形成多个微型肿瘤细胞微球(称为肺癌类器官)。在光镜下观察,同一个患者培养获得的肺癌类器官呈现不同的形态结构特征。[结论]利用3D培养体系能够培养外周血中的CTCs,并富集得到CD133+的肿瘤干细胞。肺癌患者的CTCs 3D培养能够形成肺癌类器官,并能够展现CTCs的异质性。