【用途】 该技能用于研究干细胞生物学、iPSC 表征、类器官模型与细胞分化。其核心策略是：干细胞定向分化遵循发育生物学规律，从 iPSC 制备任何目标细胞类型时，方案必须模拟体内生成该细胞类型的胚胎信号通路。例如神经诱导需抑制 BMP 与 TGF-beta（双 SMAD 抑制）；心肌细胞需先激活 WNT 再抑制 WNT；胰腺 beta 细胞需按 Activin/Nodal → FGF → Notch 抑制 → BMP 的顺序进行。生长因子的顺序与时机至关重要——在神经诱导期间加入 BMP4 会把细胞重定向为中胚层。小鼠与人干细胞在信号需求上不同（小鼠 naive 多能性依赖 LIF/STAT3，人 primed 多能性依赖 FGF/ERK），方案不可互换。类器官只能重现部分而非全部器官特征，在得出疾病相关性结论前应评估成熟状态（胎儿型 vs 成体基因表达）。
【使用原则】 不要凭猜测判断标志物或分化驱动通路，应通过 CellMarker 查询标志物、通过 KEGG 查询相关通路；不要假定类器官保真度，应查阅已发表的 CellxGene 或 HCA 图谱数据进行比较。关键原则包括：基于标志物的身份认定（多能性标志物如 OCT4、SOX2、NANOG）；分化是轨迹而非二元状态，需分析中间祖细胞阶段；类器官不等于器官，须注明局限；物种差异重要；证据分级（T1 临床 iPSC 研究验证，T2 功能实验如畸胎瘤、植入，T3 仅标志物表达，T4 计算预测）。
【主要能力与工具】
- CELLxGENE_get_census_versions：发现 CELLxGENE Census 发布版本，再配合 CELLxGENE_get_cell_metadata / CELLxGENE_get_expression_data 查询特定细胞/基因；需要 cellxgene-census 包（pip install cellxgene-census），可能未默认安装。
- CellMarker_search_by_cell_type：按细胞类型查标志基因，需 operation="search_by_cell_type"、cell_name=（不是 cell_type=）。
- CellMarker_search_by_gene：查询某基因在哪些细胞类型表达，需 operation="search_by_gene"、gene_symbol=。
- hca_search_projects：Human Cell Atlas 类器官/发育项目。
- GEO_search_rnaseq_datasets：查找干细胞 RNA-seq 数据集。
- kegg_search_pathway：分化信号通路（WNT、Notch、Hedgehog）。
- ReactomeAnalysis_pathway_enrichment：干细胞基因集的通路富集分析。
- STRING_get_network：多能性/分化基因网络。
- OpenTargets_get_associated_targets_by_disease_efoId：类器官疾病建模的疾病基因。
- PubMed_search_articles：干细胞与类器官文献。
- search_clinical_trials：基于 iPSC 的临床试验。
【工作流程】 Phase 0 定义问题（多能性？分化？疾病建模？药物筛选？）→ Phase 1 细胞身份与标志物（CellMarker 获取多能性/谱系标志物并验证身份）→ Phase 2 分化通路（KEGG/Reactome 分析 WNT、Notch、BMP、FGF 信号）→ Phase 3 图谱与数据集发现（CellxGene/HCA 获取目标细胞类型的参考数据集）→ Phase 4 疾病建模（如适用，OpenTargets 查疾病基因并评估类器官重现性）→ Phase 5 报告（按证据等级给出发现及临床转化潜力）。
Phase 1 中，多能性标志物须共表达：OCT4（POU5F1）、SOX2、NANOG 为必需，SSEA-4、TRA-1-60 为人表面标志物；KLF4 与 MYC 是山中因子但也表达于体细胞，不可单独依赖。谱系标志物例如外胚层 PAX6/SOX1（早期）、MAP2/TUBB3（神经元）；中胚层 TBXT/MIXL1（早期）、CD34（血液）；内胚层 SOX17/FOXA2（早期）、PDX1/NKX6.1（胰腺）。
Phase 2 中，关键信号通路包括：WNT（KEGG hsa04310，经典通路维持多能性而非经典促分化，调节剂 CHIR99021 激活、IWP-2 抑制）；Notch（hsa04330，侧向抑制与命运决定，DAPT 抑制）；BMP/TGF-beta（hsa04350，中胚层/滋养层诱导，BMP4 激活、Noggin 抑制）；FGF（hsa04010，自我更新与神经诱导，bFGF 激活、SU5402 抑制）；Hedgehog（hsa04340，图式形成与类器官成熟，SAG 激活、cyclopamine 抑制）；Hippo/YAP（hsa04390，机械转导与类器官大小，Verteporfin 抑制 YAP）。
Phase 4 提供类器官保真度评分维度：细胞类型多样性（3 分全部主要类型齐全 / 2 分缺稀有类型 / 1 分仅 1–2 种）、结构（自组织且空间排布正确 / 部分组织 / 无序聚集）、功能（可测器官功能如分泌、收缩、电生理 / 部分功能标志物 / 仅标志物表达）、成熟度（成体样基因表达 / 胎儿样 / ESC 样即分化失败）、疾病相关性（重现患者表型 / 部分特征 / 无疾病表型）。
【适用场景】 多能性判定与标志物查询、定向分化通路与调节剂梳理、干细胞单细胞图谱与数据集检索、类器官疾病建模评估、干细胞/iPSC 文献与临床试验检索、分化基因网络与通路富集分析。
【限制】 无类器官方案数据库——方案分散于各文献，需用 PubMed 检索；存在成熟度差距，多数类器官类似胎儿而非成体组织；iPSC 衍生细胞因传代与供体系不同存在批次差异；无直接培养工具，只分析已发表数据并设计实验，不控制生物反应器；存在物种差异，小鼠 ESC 需 LIF、人 ESC 需 bFGF，不可混用方案。