细胞的自我更新与分化能力

细胞具有内在的自我更新和分化潜能，尤其是干细胞，如肺干细胞、诱导多能干细胞等。在合适的培养条件下，干细胞能够不断地分裂增殖，产生更多的子代细胞。

这些子代细胞会根据周围环境信号和自身基因程序，逐渐向不同的细胞类型分化，形成构成肺类器官的各种细胞，如肺泡上皮细胞、支气管上皮细胞、肺间充质细胞等。

信号通路的调控

Wnt/β -catenin 信号通路：激活该通路可维持干细胞的干性，使干细胞保持自我更新能力，在肺类器官培养的早期阶段，常通过添加 Wnt3a 等激活剂来促进干细胞的增殖和维持其未分化状态。

TGF-β/Smad 信号通路：激活此通路则促进干细胞分化，在肺类器官发育的特定阶段，适当调控 TGF-β 信号的强度和时间，可诱导干细胞向特定的肺细胞类型分化。

FGF 信号通路：成纤维细胞生长因子家族（FGF）及其受体控制细胞的存活、增殖、分化等基本过程。如 FGF7 和 FGF10 主要用于诱导器官组织分枝和促进向远端肺系分化，FGF2 和 FGF4 则用于维持肺干细胞的干性和保持器官组织的存活。

三维培养微环境的构建

培养基质提供物理支撑和信号提示：如 Matrigel 等细胞外基质，能为细胞提供三维的生长支架，模拟体内细胞外基质的微环境。细胞可以附着在基质上，沿着其纤维结构生长和迁移，并且基质还能提供一些生物活性信号，影响细胞的行为和命运。

营养物质和气体交换模拟体内环境：培养基中含有细胞生长所需的各种营养物质，如葡萄糖、氨基酸、维生素、无机盐等，为细胞的代谢和生长提供能量和原料。同时，培养体系需要控制适宜的氧气和二氧化碳浓度，以满足细胞的呼吸需求，通常氧气浓度会控制在与体内相似的 5%-10% 左右。

流体剪切力等物理因素的作用：在体内，肺组织会受到气流和液体流动产生的剪切力等物理刺激。在 3D 类器官培养中，通过微流控技术等可以模拟这种流体剪切力，它能够影响细胞的形态、分化和功能，促进类器官形成更接近生理状态的结构和功能。

细胞间的相互作用

细胞黏附与通讯：细胞表面存在多种黏附分子，如钙黏蛋白等，它们使得细胞之间能够相互黏附，形成细胞团块和特定的组织结构。细胞之间还通过分泌细胞因子、生长因子等信号分子进行通讯，协调细胞的行为和分化，如肺泡上皮细胞和肺间充质细胞之间的相互作用，对于肺泡结构的形成和功能维持至关重要。

细胞自组织：在三维培养环境中，细胞会根据自身的特性和周围环境的信号，自发地进行组织和排列，形成具有一定空间结构和功能的类器官。这种自组织过程是细胞内在生物学机制的体现，使得类器官能够模拟真实肺器官的部分结构和功能，如形成具有气道样结构、肺泡样结构等的肺类器官。