生物材料
天然和合成的生物相容性材料和生物降解材料可以提供各种生物信号和不同程度的机械强度。在体外培养时，生物材料已越来越多地被整合在一起以模拟干细胞生态位的生物化学和生物物理特性，从而帮助引导细胞自我更新或分化为特定的细胞系。天然生物材料的引入可能导致不同水平的诱导信号，细胞附着和支架完整性。天然生物材料，包括琼脂糖，纤维连接蛋白，1型胶原蛋白(Col1)，透明质酸(HA)，壳聚糖和海藻酸钠，也可以被功能化，但在体外更难控制，因为它们经常将生物信号传递给细胞。
因此，生物材料可以帮助细胞维持与分化。然而，诸如批次间的差异性以及异种培养基成分引起疾病的可能性等问题限制了它们的使用。合成聚合物，如聚乙二醇(PEG)、聚-l-赖氨酸(PLL)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)和聚-dl-乳酸-乙醇酸(PGLA)，随着交联基团的加入常被最终功能化。聚乙二醇聚合物可能是最常研究的，因为它们无毒，易被功能化，并且表现低蛋白质吸附，因此它们应用于人类生物医学是安全的。
天然生物材料和合成聚合物正越来越多地被用作三维支架材料以维持、扩增和分化干细胞。具有可调力学性能的支架允许调控细胞活力、增殖和分化。限制在聚集体中心的细胞对氧和营养物质的可用性将导致休眠，并最终导致坏死/凋亡，通过这种方式，这种支架结构能够减缓对悬浮培养中干细胞的存活和生长有消极影响的细胞聚集现象。加入可溶性因子，如细胞因子或生长因子，或通过用于固着依赖性增殖的粘附配体进一步功能化，支架为用于干细胞自我更新和分化的胞外基质生产提供了构架。这些材料通过静电纺丝、溶剂浇铸、气体发泡、三维打印和自组装等多种技术形成了具有明显不同孔径、弹性、附着力和抗拉强度的支架。
水凝胶的组分也可以用药物、细胞因子和生长因子进行修饰，以支持细胞在体外的生长和分化以及细胞在体内的整合。水凝胶支架的尺寸限制了三维培养的规模由于在静置培养中营养物质的扩散问题。
一般来说，在三维水凝胶支架中维持胚胎干细胞需要通过支架降解来进行类似于二维培养的常规传代。人多能干细胞在温敏性水凝胶中的培养，每隔5天传代一次，至50代以上，约95%的细胞群体保持多能性。同样地，诱导多能干细胞在高孔电纺聚苯乙烯三维支架上呈现聚集体生长，在无异种条件下无数代的细胞保持了多能性和分化潜能。然而，理想的三维培养系统应该在减少常规传代需要的同时支持多能干细胞扩大，因此也限制了细胞的操作。
透明质酸底物常被用于支持多能干细胞的生长，因为透明质酸出现于胚胎发生过程中且在未分化细胞中高表达。另外，采用不同硬度的改性透明质酸水凝胶研究了三维培养条件下机械强度对胚胎干细胞的影响；通过模拟着床前囊胚内细胞团的微环境，胚胎干细胞在较软的水凝胶上生长最好的支持了胚胎干细胞在无饲养层和在小鼠胚胎成纤维细胞条件培养液中的增殖和多能性。在光聚合透明质酸凝胶中延长三维培养20天0传代的人胚胎干细胞保持了多能性和自我更新潜力，这表明3-D水凝胶提供了一个支持胚胎干细胞紧凑克隆生长的仿生微环境。
