干細(xì)胞(stem cell)，原始且未特化的細(xì)胞，它是未充分分化、具有再生各種組織器官的潛在功能，存在所有多細(xì)胞組織里，能經(jīng)由有絲分裂與分化來分裂成多種的特化細(xì)胞，而且可以利用自我更新來提供更多干細(xì)胞。對哺乳動(dòng)物來說，干細(xì)胞分為兩大類：胚胎干細(xì)胞 與 成體干細(xì)胞。在成體組織里，干細(xì)胞與先驅(qū)細(xì)胞擔(dān)任身體的修復(fù)系統(tǒng)，補(bǔ)充成體組織。在胚胎發(fā)展階段，干細(xì)胞能分化為任何特化細(xì)胞，但仍會(huì)維持新生組織 (像是血液、皮膚或腸組織) 的正常轉(zhuǎn)移。

干細(xì)胞(stem cell)，原始且未特化的細(xì)胞，它是未充分分化、具有再生各種組織器官的潛在功能，存在所有多細(xì)胞組織里，能經(jīng)由有絲分裂與分化來分裂成多種的特化細(xì)胞，而且可以利用自我更新來提供更多干細(xì)胞。對哺乳動(dòng)物來說，干細(xì)胞分為兩大類：胚胎干細(xì)胞 與 成體干細(xì)胞。在成體組織里，干細(xì)胞與先驅(qū)細(xì)胞擔(dān)任身體的修復(fù)系統(tǒng)，補(bǔ)充成體組織。在胚胎發(fā)展階段，干細(xì)胞能分化為任何特化細(xì)胞，但仍會(huì)維持新生組織 (像是血液、皮膚或腸組織) 的正常轉(zhuǎn)移。

干細(xì)胞(Stem cell)即起源細(xì)胞[1]，在細(xì)胞的分化過程中，細(xì)胞往往由于高度分化而完全失去了再分裂的能力，最終衰老死亡。機(jī)體在發(fā)展適應(yīng)過程中為了彌補(bǔ)這一不足，保留了一部分未分化的原始細(xì)胞。

干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化潛能的細(xì)胞。

1960年代 Ernest A. McCulloch 與 James E. Till 在多倫多大學(xué)的發(fā)現(xiàn)，開啟了研究干細(xì)胞的大門。干細(xì)胞如今(2011年)能以人工的方式生長或轉(zhuǎn)變成數(shù)種特化細(xì)胞，經(jīng)由細(xì)胞培養(yǎng)能形成各種特定組織 (像是肌肉或神經(jīng)) 的組成細(xì)胞。可塑性高的成體干細(xì)胞已常態(tài)地運(yùn)用在醫(yī)療上。

干細(xì)胞的來源有很多，包括臍帶血與骨髓。利用胚胎細(xì)胞株與由自身取得的胚胎干細(xì)胞成長為具治療性的復(fù)制體，也可望躋身未來的醫(yī)療方式之列。

醫(yī)學(xué)研究者認(rèn)為干細(xì)胞研究(也稱為再生醫(yī)學(xué))有潛力通過用于修復(fù)特定的組織或生長器官，改變?nèi)祟惣膊〉膽?yīng)對方法。

定義1

具有無限制自我更新能力、同時(shí)也可分化成特定組織的細(xì)胞，在細(xì)胞發(fā)育過程中處于較原始階段。

應(yīng)用學(xué)科：免疫學(xué)(一級學(xué)科);免疫系統(tǒng)(二級學(xué)科);免疫細(xì)胞(三級學(xué)科)

定義2

在動(dòng)物胚胎和成體組織中一直能進(jìn)行自我更新、保持未分化狀態(tài)、具有分裂能力的未分化細(xì)胞。包括胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞兩大類。

應(yīng)用學(xué)科：細(xì)胞生物學(xué)(一級學(xué)科);細(xì)胞分化與發(fā)育(二級學(xué)科)

定義3

一類未分化的、具有無限分裂能力的細(xì)胞，能通過一次有絲分裂產(chǎn)生兩個(gè)細(xì)胞，一個(gè)保持未分化狀態(tài)，另一個(gè)則進(jìn)入分化途徑。

應(yīng)用學(xué)科：遺傳學(xué)(一級學(xué)科);發(fā)育遺傳學(xué)(二級學(xué)科)

干細(xì)胞 - 研究歷史

干細(xì)胞的研究被認(rèn)為開始于1960年代，在加拿大科學(xué)家恩尼斯特·莫科洛克和詹姆士·堤爾的研究之后。

1998年美國有兩個(gè)小組分別培養(yǎng)出了人的多功能干細(xì)胞(pluripotent stem cells)：

1、James A. Thomson在威斯康星大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組從人胚胎組織中培養(yǎng)出了干細(xì)胞株。他們使用的方法是：人卵體外受精后，將胚胎培育到囊胚階段，提取 inner cell mass細(xì)胞，建立細(xì)胞株。經(jīng)測試這些細(xì)胞株的細(xì)胞表面 marker 和酶活性，證實(shí)他們就是全能干細(xì)胞。用這種方法，每個(gè)胚胎可取得15-20干細(xì)胞用于培養(yǎng)。

2、John D. Gearhart在約翰·霍普金斯大學(xué)(Johns Hopkins University)領(lǐng)導(dǎo)的另一個(gè)研究小組也從人胚胎組織中建立了干細(xì)胞株。他們的方法是：從受精后5-9周人工流產(chǎn)的胚胎中提取生殖母細(xì)胞( primordial germ cell )。由此培養(yǎng)的細(xì)胞株，證實(shí)具有全能干細(xì)胞的特征。

干細(xì)胞 - 來源

獲得干細(xì)胞的方法，可利用人工受精的體外受精過程殘留的受精卵，也可利用體細(xì)胞轉(zhuǎn)移法。體細(xì)胞轉(zhuǎn)移法是將體細(xì)胞細(xì)胞核以顯微注射或電擊的方法注入去核的卵細(xì)胞中，再將之繼續(xù)培養(yǎng)到囊胚期。

取得成體干細(xì)胞可透過臍帶，骨髓或周邊血液中抽取。

臍帶血干細(xì)胞

嬰兒出生后遺留在胎盤和臍帶中的血是干細(xì)胞的重要來源。自1988年臍血干細(xì)胞就用來治療根達(dá)綜合癥，亨達(dá)綜合癥，和拉綜合癥，急性淋巴細(xì)胞性白血病等許多兒童疾病。 臍血從臍帶采集;臍帶經(jīng)過清理消毒后，臍血從臍靜脈取出，然后立即分析對于傳染物質(zhì)和組織類型是必須的。臍血在放入液氮備用之前要經(jīng)過處理，去除紅細(xì)胞。在使用的時(shí)候首先解凍，去除防凍劑，注入病人靜脈。這種使用其他捐贈(zèng)人干細(xì)胞的治療方法叫做異源療法;如果干細(xì)胞來自患者本人，即為同源和當(dāng)從相同個(gè)體收集時(shí)，它通常指雙胞胎。細(xì)胞的排外轉(zhuǎn)移是于異類之間進(jìn)行的(發(fā)展非常不充分)和有一點(diǎn)研究潛力。

周邊血干細(xì)胞

骨髓中存有人體內(nèi)最主要造血干細(xì)胞的來源，而周邊血干細(xì)胞則是指借由施打白血球生長激素〈G-CSF〉，將骨髓中的干細(xì)胞驅(qū)動(dòng)至血液中，再經(jīng)由血液分離機(jī)收集取得之干細(xì)胞。由于與骨髓干細(xì)胞極為相近，現(xiàn)已逐漸取代需要全身麻醉的骨髓抽取手術(shù)。

胚胎干細(xì)胞

胚胎干細(xì)胞是從胚泡(由50-100個(gè)細(xì)胞組成的早期胚胎)未分化的內(nèi)部細(xì)胞團(tuán)中得到的干細(xì)胞。它們是萬能的，意味著它們可以發(fā)育成為身體內(nèi)200多種細(xì)胞類型中的任何一種。胚胎干細(xì)胞現(xiàn)在的研究階段仍是剛起步。許多研究仍建立在人類以外之動(dòng)物模式。例如老鼠、?；蚴茄虻取Ｔ谌祟惖呐咛ジ杉?xì)胞因?yàn)楦杉?xì)胞的取得來源涉及道德倫理上的約束，在干細(xì)胞株上的建立有所爭議。(因?yàn)楦杉?xì)胞株必須取得人類胚胎，在經(jīng)過培養(yǎng)純化等。因此許多人認(rèn)為干細(xì)胞株視同為人的一部份)

脂肪干細(xì)胞以往人們因塑身而抽出的脂肪，大部份都當(dāng)廢棄物丟掉，現(xiàn)經(jīng)由醫(yī)學(xué)專家研究證，脂肪中含有大量的間質(zhì)干細(xì)胞，間質(zhì)干細(xì)胞具有體外增生及多重分化的潛力，能運(yùn)用于組織與器官的再生與修復(fù)。

其主要特性為：

1、低侵入性取得，對人體無害。

2、最多量的取得方式。

3、可進(jìn)行體外增生培養(yǎng)。

4、可運(yùn)用于身體組織類型廣泛，會(huì)自動(dòng)移自創(chuàng)傷部位，進(jìn)行修補(bǔ)。

皮膚細(xì)胞

在2007年尾，美國和日本兩組科學(xué)家同時(shí)成功把皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)化成一種俗稱為“iPS”的可誘導(dǎo)萬能干細(xì)胞，并成功使這些干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成為身體器官的一部份。透過向皮膚細(xì)胞植入特定的基因，可誘導(dǎo)皮膚細(xì)胞改造，變成類似胚胎干細(xì)胞的一種細(xì)胞。

干細(xì)胞 - 分離與獲取

1998年美國有兩個(gè)小組分別培養(yǎng)出了人的多能干細(xì)胞：

1、James A. Thomson在 Wisconsin大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組從人胚胎組織中培養(yǎng)出了干細(xì)胞株。他們使用的方法是：人卵體外受精后，將胚胎培育到囊胚階段，提取 inner cell mass細(xì)胞，建立細(xì)胞株。經(jīng)測試這些細(xì)胞株的細(xì)胞表面 marker 和酶活性，證實(shí)它們就是全能干細(xì)胞。用這種方法，每個(gè)胚胎可取得15-20干細(xì)胞用于培養(yǎng)。

2、John D. Gearhart在 Johns Hopkins大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的另一個(gè)研究小組也從人胚胎組治中建立了干細(xì)胞株。他們的方法是：從受精后5-9周人工流產(chǎn)的胚胎中提取生殖母細(xì)胞( primordial germ cell )。由此培養(yǎng)的細(xì)胞株，證實(shí)具有全能干細(xì)胞的特征。

干細(xì)胞 - 種類

按功能分類

1、全能干細(xì)胞(Totipotent)，由卵子和精子的融合產(chǎn)生受精卵。而受精卵在形成胚胎過程中八細(xì)胞期之前任一細(xì)胞皆是全能干細(xì)胞。具有發(fā)展成獨(dú)立個(gè)體的能力。也就是說能發(fā)展成一個(gè)個(gè)體的細(xì)胞就稱為全能干細(xì)胞。具有形成完整個(gè)體的分化潛能，如胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)，受精卵就是最高層次的胚胎干細(xì)胞。

2、多功能干細(xì)胞(Pluripotent)，是全能干細(xì)胞的后裔，無法發(fā)育成一個(gè)個(gè)體，但具有可以發(fā)育成多種組織的能力的細(xì)胞。具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能，如造血干細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞。一種或多種組織的起源細(xì)胞，它能分化出多種類型細(xì)胞，但不可能分化出足以構(gòu)成完整個(gè)體的所有細(xì)胞。

3、多潛能干細(xì)胞(Multipotent)，只能分化成特定組織或器官等特定族群的細(xì)胞(例如血細(xì)胞，包括紅血細(xì)胞、白血細(xì)胞和血小板)。

4、專一性干細(xì)胞(Unipotent)，只能產(chǎn)生一種細(xì)胞類型;但是，具有自更新屬性，將其與非干細(xì)胞區(qū)分開。只能向一種或兩種密切相關(guān)的細(xì)胞類型分化，如上皮組織基底層的干細(xì)胞，肌肉中的成肌細(xì)胞。

按發(fā)育過程出現(xiàn)先后和分布分類

1、胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell)：在胚胎發(fā)育早期的囊胚中，可發(fā)育為不同的細(xì)胞，是所有細(xì)胞最初期的形態(tài)。

ES細(xì)胞是一種高度未分化細(xì)胞：它具有發(fā)育的全能性，能分化出成體動(dòng)物的所有組織和器官，包括生殖細(xì)胞;研究和利用ES細(xì)胞是當(dāng)前生物工程領(lǐng)域的核心問題之一;在未來幾年，ES細(xì)胞移植和其它先進(jìn)生物技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用很可能在移植醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引發(fā)革命性進(jìn)步。

2、成體干細(xì)胞(adult stem cell)：亦稱成人干細(xì)胞，現(xiàn)時(shí)醫(yī)學(xué)上常用的大致包括骨髓干細(xì)胞，臍帶血干細(xì)胞及周邊血干細(xì)胞。它們存在成體特定的組織中，具有由干原細(xì)胞形成先驅(qū)細(xì)胞，分化成具特定功能細(xì)胞的能力。例如：骨髓干細(xì)胞、造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞。

成年動(dòng)物的許多組織和器官，比如表皮和造血系統(tǒng)，具有修復(fù)和再生的能力。成體干細(xì)胞在其中起著關(guān)鍵的作用。

在特定條件下，成體干細(xì)胞或者產(chǎn)生新的干細(xì)胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能細(xì)胞，從而使組織和器官保持生長和衰退的動(dòng)態(tài)平衡。

干細(xì)胞 - 醫(yī)學(xué)用途

1、治療遺傳性疾病和惡性腫瘤;

2、以干細(xì)胞為種子培育成組織和器官，用于移植醫(yī)學(xué);

3、抗衰老，延年益壽。

干細(xì)胞 - 科研應(yīng)用

1、器官修補(bǔ)更新

2、人造器官與組織的來源

3、新藥開發(fā)

4、基因功能研究

5、基因治療的工具

6、毒理、藥理研究

7、癌癥研究

干細(xì)胞工程

去核胚胎干細(xì)胞-->核移植->組裝胚胎干細(xì)胞-->組織干細(xì)胞-->體外誘導(dǎo)培養(yǎng)-->各種組織器官

干細(xì)胞 - 基礎(chǔ)應(yīng)用

干細(xì)胞的調(diào)控是指給出適當(dāng)?shù)囊蜃訔l件，對干細(xì)胞的增殖和分化進(jìn)行調(diào)控，使之向指定的方向發(fā)展。

內(nèi)源性調(diào)控

干細(xì)胞自身有許多調(diào)控因子可對外界信號(hào)起反應(yīng)從而調(diào)節(jié)其增殖和分化，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞不對稱分裂的蛋白，控制基因表達(dá)的核因子等。另外，干細(xì)胞在終末分化之前所進(jìn)行的分裂次數(shù)也受到細(xì)胞內(nèi)調(diào)控因子的制約。

1、細(xì)胞內(nèi)蛋白對干細(xì)胞分裂的調(diào)控。

2、轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。

外源性調(diào)控

除內(nèi)源性調(diào)控外，干細(xì)胞的分化還可受到其周圍組織及細(xì)胞外基質(zhì)等外源性因素的影響。

1、分泌因子間質(zhì)細(xì)胞能夠分泌許多因子，維持干細(xì)胞的增殖，分化和存活。

2、膜蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞間的相互作用。

3、整合素(Integrin)與細(xì)胞外基質(zhì)。

干細(xì)胞的可塑性

越來越多的證據(jù)表明，當(dāng)成體干細(xì)胞被移植入受體中，它們表現(xiàn)出很強(qiáng)的可塑性。通常情況下，供體的干細(xì)胞在受體中分化為與其組織來源一致的細(xì)胞。

干細(xì)胞 - 醫(yī)療運(yùn)用

干細(xì)胞移植治療技術(shù)，被譽(yù)為人類有史以來的飛躍式醫(yī)療手段，實(shí)現(xiàn)人體各個(gè)器官修復(fù)和更新，能消除目前80%以上的各類疾病。

科學(xué)家們認(rèn)識(shí)到干細(xì)胞可能成為一種“拯救生命”的有效的疾病治療手段。例如：小劑量純化的造血干細(xì)胞足可使患者骨髓再生，可以避免腫瘤病人進(jìn)行自體骨髓移植時(shí)所致的瘤細(xì)胞(尤其是白血病細(xì)胞)污染。例如：成熟的神經(jīng)系統(tǒng)中存在的干細(xì)胞，在某些因素誘導(dǎo)作用下，可增殖和定向分化，給神經(jīng)退行性疾病(如帕金森氏病)、骨髓損傷患者帶來新的希望。

2011年，英國科學(xué)家研發(fā)出一種干細(xì)胞新技術(shù),能夠培育出正常轉(zhuǎn)動(dòng)的肝臟細(xì)胞，可能終將使患者免于昂貴而又風(fēng)險(xiǎn)極高的肝臟移植。

器官修復(fù)

干細(xì)胞能在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)各種器官組織，為各類疾病提供非常有效的治療效果。

癌癥

把成人神經(jīng)干細(xì)胞注射到老鼠大腦中的研究可以神奇的成功治療腫瘤。由于腦癌的擴(kuò)散如此迅速，運(yùn)用傳統(tǒng)的技術(shù)幾乎不可能治愈。哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員注射了由基因工程得到的成人干細(xì)胞，用以把另外注射的無毒性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成抗癌劑。幾天之內(nèi)，成人干細(xì)胞遷移到癌變區(qū)域，注射物可以減少百分之八十的腫塊。 [5]

骨骼

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞是具有自我更新能力并可以分化成為成骨細(xì)胞的一種干細(xì)胞. 多項(xiàng)基于動(dòng)物骨髓的研究和一些初步的臨床數(shù)據(jù)顯示了它們在重建骨骼方面的貢獻(xiàn). 在整形外科方面，一些創(chuàng)傷引起的，由癌癥引起的或感染引起的骨細(xì)胞的損失，在進(jìn)行手術(shù)彌補(bǔ)人造關(guān)節(jié)會(huì)引起一些不便. 而進(jìn)行干細(xì)胞的自體移植正可以解決這方面的問題。

脫發(fā)

毛發(fā)囊泡也具有干細(xì)胞，2004年11月，一些研究人員預(yù)言說，這些毛囊干細(xì)胞的研究可以導(dǎo)致4-5年內(nèi)脫發(fā)可以通過毛發(fā)克隆技術(shù)被治愈。預(yù)計(jì)這種治療將在最開始從現(xiàn)存毛囊中取出干細(xì)胞，在培養(yǎng)基中繁殖然后將新的毛囊移植到頭皮當(dāng)中。后期的治療可能可以簡單的向毛囊干細(xì)胞發(fā)出信號(hào)從而向附近那些因年長而萎縮的毛囊細(xì)胞發(fā)出化學(xué)信號(hào)，導(dǎo)致它們輪流再生制造健康的頭發(fā)。

干細(xì)胞 - 倫理爭議

所謂干細(xì)胞的倫理道德爭議問題，實(shí)際上僅限于胚胎干細(xì)胞(Embryonic stem cells，簡稱ES細(xì)胞)領(lǐng)域，不涉及其他種類干細(xì)胞的研究，例如成年干細(xì)胞(Adult stem cells)以及新發(fā)展的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(Induced pluripotent Stem cells，簡稱iPS細(xì)胞)。問題的關(guān)鍵在于胚胎干細(xì)胞的獲取過程。依照目前的技術(shù)，獲取胚胎干細(xì)胞需要在胚泡(Blastocyst)階段破壞胚胎，以提取內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(Inner cell mass)。此步驟在許多支持生命團(tuán)體(Pro-life)人士看來，是對生命的破壞。為了避免倫理道德的爭議，新的獲取胚胎干細(xì)胞技術(shù)正在開發(fā)中。值得一提的是，新發(fā)展的多能誘導(dǎo)干細(xì)胞由于通過對已分化的細(xì)胞“重新編程”(Reprogramming)而獲得，不會(huì)產(chǎn)生倫理道德的爭議。