虽然2D细胞培养应用广泛但对环境要求较高，容易受外界因素影响，此外心肌细胞在2D的培养环境中，缺乏细胞和细胞外基质相互作用，不具有心脏的生理功能，会影响剂量有效性和剂量毒性的预测，并阻碍细胞的功能完整表达，在药物安全性评价中具有一定的局限性，但是高新技术发展给予了2D细胞研究新手段，为受局限的研究带来效率和时间上的提升。但对于中药的多组分多靶点的作用机制难以展示整体作用，投入的时间和精力往往是化药研究的百倍千倍，大大增加了中药研究工作者的研究难度，也成为中药新药开发的一大难题。因此，3D细胞培养技术渐渐受到了越来越多的关注。
3D细胞是细胞在类似体内生长环境的支架或基质，通过紧密连接或缝隙连接等连接方式建立细胞间及细胞与胞外基质间的联系，形成一定的三维结构，与体内细胞生长情况更为相似；因此，3D细胞培养既能保留体内细胞微环境的物质结构基础，又能体现细胞培养的直观性及条件可控制性，把体外无细胞及单层细胞培养体系与组织器官及整体研究联系起来。
目前更多是基于辅助材料使单一细胞聚集生长形成球体，评价细胞间相互作用对基因水平、蛋白水平和分泌物表达的影响。[29, 30]Correia C等人收获hPSC-CM细胞每1500细胞/微孔接种于AggreWell TM 400Ex，从第15天开始获得的hPSC-CM是指定为hPSC-CM-3D。其在搅拌条件下的培养产生高纯度的心肌细胞聚集体,和2D细胞相比, hiPSC-CM的3D培养显示出参与糖酵解和脂质生物合成的基因的下调,参与OXPHOS的基因表达增加。[31]
此外，组成人体心脏的细胞中心肌细胞只占少数，而大约70%的是非肌细胞，主要包括心脏成纤维细胞和心脏内皮细胞[32, 33]，与体外模型的单细胞型心肌细胞相比，组成复杂，所以心脏的单一细胞诱导聚集成球体对于药物评价不全面不客观也不准确，药物较少的应用于单一细胞球体去评价，为了更精确地模拟细胞或器官水平的相互作用，需要与已建立的细胞系共培养,然而，虽然结合细胞生物学、生物工程、聚合物化学和再生医学的多学科方法，已经产生了第一波横跨胰腺、肝脏、肾脏、皮肤和肺的人工组织原型。但在人工组织领域来说，体外培养可模拟心脏功能的心肌类组织仍面对着巨大的挑战。