结构生物化学/干细胞

在细胞生物学中，多能性被定义为“细胞根据环境发展成多种成熟细胞类型的潜力”。 所以如果一个细胞是多能的，它就有可能将自身转化为肺细胞、心肌细胞等等。 多能性描述了早期胚胎中特定细胞的细胞状态。 干细胞代表着一类未特化的细胞，它们具有独特的潜能，可以发育和成熟为各种具有不同功能的特定类型的细胞。 通过成熟和细胞分裂过程，干细胞可以特化、生长和替换活生物体内的不健康细胞。 细胞复制后，这些细胞要么成熟并专门从事功能，要么保持未特化的干细胞状态，这保留了细胞根据身体需要特化的潜能。 这些细胞不仅能够在功能上特化，而且还能够结合起来替换受损组织。 科学家目前正在研究的两种类型的干细胞是：胚胎干细胞和成体干细胞。 1981 年，科学家首次发现了从老鼠胚胎中提取胚胎干细胞的方法，1998 年，科学家取得了进一步的进展，并开发了从人类胚胎中提取和收获干细胞的方法。 由于干细胞能够自我复制，因此它们为治疗糖尿病和心脏病等疾病提供了巨大的潜力。 这些细胞用于治疗某些疾病的应用被称为修复医学，目前是当今社会和文化中争论的热点话题。 干细胞还为筛选新药以及研究某些出生缺陷是如何以及为什么发生的提供了潜力。 干细胞疗法为医学以及人类生长和发育提供了深刻的见解，目前正在进行研究，以寻找方法将这些细胞所能带给现代医学的所有进步完全实现。

干细胞的特点是它们能够分化成多种特化的细胞，并且能够无限生长。 它们具有两个属性

• 自我更新：能够无限地进行细胞分裂，同时保持其未分化状态。 干细胞能够做到这一点是因为它们拥有活跃的端粒酶。
• 潜能：在信号的响应下分化为特化细胞类型的能力。 皮肤细胞、心肌细胞和神经元都具有相同的基因组，但它们都是不同的细胞。 这是由于分化和不同的 RNA/蛋白质组合造成的。

干细胞通常分为两类：胚胎干细胞或成体干细胞。

全能性

全能性被定义为细胞转化为生物体所有细胞类型的能力。 卵母细胞（参与繁殖的女性生殖细胞。 这是一个未成熟的卵子）和合子（这是通过有性生殖将两个配子细胞融合后产生的第一个细胞）都没有成为全能的潜力。 然而，受精卵从其具有有限命运的特化细胞类型变成了等势的卵裂球。 卵裂球是由受精后合子卵裂产生的细胞类型。

研究人员通过一系列移植实验发现 1. 母体蛋白质和 RNA 被带入卵母细胞并在那里沉积 2. 这些母体蛋白质和 RNA 具有重置体细胞染色质表观遗传状态的能力 3. 它们还有助于将卵母细胞转化为受精后的全能卵裂球 4. 到目前为止，还没有在体外制作全能细胞系的方法。 5. 这可能是由于在体内，即在活体中，全能的瞬态性质是截然不同的。 胚胎发育的胚前阶段提供了实际上不自我更新的卵裂球，但它们是通过卵裂产生的

原始多能性

随着早期胚胎的卵裂接近 16 细胞期，发育潜能的限制逐渐变得明显。 然后细胞经历两个不同的谱系，滋养层谱系和内细胞团。 问题是如何开始细胞分化。 分化从卵裂球扁平化以及它们加强细胞间接触开始。 这个过程被称为压实。

胚胎干细胞

胚胎干细胞的特化

胚胎干细胞是从胚胎中提取的细胞，这些胚胎通常是从体外受精获得的卵子中收获的。 胚胎干细胞被称为多能性细胞，或者具有分化为生物体中所有细胞系的能力。 这些胚胎有 3-5 天大，由被称为囊胚的细胞空心球组成。

为了产生这些囊胚，必须收获胚胎干细胞。 培养这些干细胞的过程称为细胞培养，在实验室中进行。 人类胚胎干细胞的内细胞团被放置在培养皿中，培养皿涂有提供粘附表面的培养基，内细胞团可以粘附在上面。 这种培养基被称为饲养层，通常由小鼠皮肤细胞组成。 然后，人类胚胎干细胞被允许分裂、扩散并附着到培养皿的培养基上，以创建一个胚胎干细胞菌落。 如果干细胞菌落生长、分裂并存活，则在几个月内多次将这些细胞接种到新的干净培养皿中，以产生数百万个胚胎干细胞，这被称为干细胞系。 干细胞系成功建立的一个标志是，如果在至少六个月的时间内细胞保持未特化状态。 如果是这种情况，则可以将干细胞系用于进一步的测试和实验。

在整个收获过程中，胚胎干细胞菌落必须经历一个称为表征的过程，这包括科学家进行的一系列测试，以确定细胞是否确实已正确发育。 其中一项测试包括收获和检查干细胞菌落数月，以验证细胞是否健康且能够成功更新。 还对这些细胞进行分析，以确保它们保持未特化状态。 测试细胞是否已特化的一个方法是测试未特化细胞产生的转录因子的存在。 这些转录因子的两个例子是 Nanog 和 Oct4。 这些转录因子的存在表明细胞保持未特化状态，并且它们能够自我复制和更新。

对胚胎干细胞培养进行的另一项测试包括冻存、解冻和重新接种细胞，以查看它们是否能够自我更新和重新生长。

一项重要的测试，用来检验细胞是否正常运作，包括将一群胚胎干细胞注射到免疫系统受抑制的小鼠体内，然后进行测试，以指示畸胎瘤的形成，畸胎瘤是良性肿瘤。如果注射的干细胞成功形成畸胎瘤，科学家就可以确信这些细胞具有生长和分化的能力，因为畸胎瘤包含各种特化的细胞。

胚胎干细胞 (ESC) 从囊胚中收获，囊胚是胚胎发育的早期阶段（人类约 4 到 5 天），由 100 到 150 个细胞组成。ESC 在发育过程中产生所有三种主要胚层：外胚层、内胚层和中胚层；这意味着它们可以发育成为超过 200 种特化的细胞类型。由于具有活跃的端粒酶，它们可以在合适的条件下无限生长。端粒酶在成体细胞中不活跃，因此无法无限生长。

胚胎干细胞已被证明可以在不同的情况下使用

• 胚胎发育：了解 ESC 有助于科学家进一步了解胚胎发育。
• 药物测试：某些细胞无法培养，因为如果从器官或组织中取出，它们就会死亡。例如，在设计心脏药物时，科学家无法培养心肌细胞，因为一旦心肌细胞被取出，它们就会死亡。然而，ESC 可以培养，那些分化为心肌细胞的细胞可以在培养中持续培养，用于测试药物。
• 再生医学：这并不是 ESC 目前正在使用的领域，而是科学家正在努力的目标。理论或目标是能够移除胚胎干细胞中的细胞核，将患者的 DNA 插入细胞，并使其根据患者的需求分化。例如，帕金森氏症是一种中枢神经系统的退化性疾病，理论上，通过添加新的神经元，应该能够治愈帕金森氏症。
• 瘫痪：此外，那些患有瘫痪和无法移动身体部位的人可以通过干细胞研究再生身体运动控制。
• 白血病：患有白血病可能需要骨髓移植或脐带血输血的患者可以从这些干细胞研究中受益。这些产品可以在不需要不断寻找匹配供体的情况下复制。虽然这可能无法治愈疾病，但它可以极大地减轻症状。

特化

收获胚胎干细胞的目的是创建一个自我复制细胞的群体，这些细胞有可能专门化成感兴趣的特定细胞，这些细胞可以用于治疗疾病。在生长过程中，细胞保持未分化状态，但一旦它们被允许在特定条件下聚集成块，它们就开始形成各种特化的细胞和组织。科学家目前面临的挑战是弄清楚如何控制特化以创建感兴趣的特定细胞，而不是自发特化，这会导致形成具有不希望的特定功能的各种细胞。控制特化的一种方法是使胚胎干细胞群落暴露于培养基中化学成分的变化，改变培养皿的表面，或将特定基因插入培养物中以改变收获细胞的组成。通过将成功特化的胚胎干细胞移植到人体内，科学家可以制定治疗帕金森病、糖尿病、脊髓损伤、心脏病以及视力和听力损失等疾病的治疗方法。

脂肪生成

脂肪细胞是专门用于能量储存的细胞，因此当能量摄入与能量消耗之间的平衡发生变化，导致摄入的能量多于燃烧的能量时，脂肪生成过程就开始了。这个过程涉及脂肪细胞增生，即干细胞过度招募成为脂肪细胞，从而增加脂肪细胞的数量。为了实现这一点，多能间充质干细胞 (MSC) 成为前脂肪细胞，然后进一步发育为成熟脂肪细胞。

位于脂肪组织和骨髓血管间质中的多能 MSC 首先成为前脂肪细胞，这一过程由骨形态发生蛋白 BMP4 或 BMP2 启动，然后经过几轮有丝分裂克隆扩展，它们成为脂肪细胞。虽然这个过程是由 BMP 因子激活的，但其他因子如 Hh 会提供抑制信号，如果这个过程变得不必要.

干细胞的调节和信号传导

对于干细胞，转录因子对于它们的运作至关重要，可以分为三个核心组；1. 影响发育及其层次结构（发育核心模块），2. 控制细胞生长和稳态（细胞生长模块），以及 3. 控制其他两组的信号通路（信号模块）。这三个组主要独立运作，但存在一些相互作用。

发育核心模块

控制细胞多能性的转录因子中最了解的是 Oct4，它是一种八聚体类蛋白，专门识别序列 ATGCAAAT。 Oct4 与其他转录因子不同，因为它对于表观遗传重编程（发育过程中细胞的分化）至关重要。如果它被抑制或沉默，ESCs 将立即停止自我更新并分化为滋养层样细胞。Oct4 将以转录因子的形式与许多辅助因子相互作用。这些辅助因子倾向于与 DNA 相互作用，包括 Sall4、Sp1、Hdac2、Nanog、Dax1、Nac1、Tcfp2l1 和 Essrb。它们的相互作用不会形成一种蛋白质连接，而是形成多个复合物，所有这些复合物都具有不同的蛋白质组成。这种组成和复合物的差异可能是多能性不同状态的原因。

Sox2 是另一种参与发育和细胞多能性的转录因子。它具有在某种程度上类似于 Oct4 的表达模式。然而，当它被抑制或沉默时，这将主要影响胚胎发生的后期阶段。Sox2 沉默只会影响其靶基因的一小部分，并将导致滋养层样细胞。这主要是因为 Sox2 丢失会影响细胞中 Oct4 水平的多少，这是产生滋养层样细胞的主要原因。

Nanog 也是核心发育模块的成员，它是一个不与正常成员相关的包含同源框的 DNA 结合因子。Nanog 的单独表达能够帮助在缺少因子的极端条件下保持细胞多能性。研究表明，它在启动细胞多能性而不是维持细胞多能性方面发挥作用。Nanog 有与其相互作用的辅助蛋白，包括 Smad1、Small3、Nr0b1、Nac1、Essrb、Zfp281、Hdac2 和 Sp1。

细胞生长模块

这是控制和维持多能干细胞生长和增殖的基因网络。

原癌基因 c-Myc 是该组的一个成员，与激活转录和打开染色质有关。它的表达允许 ESCs 即使在极端条件下也能自我更新。如果它被抑制，ESCs 将关闭其自我更新机制。c-Myc 还控制来自多个不相关功能的基因的转录，例如细胞代谢、细胞周期的控制和蛋白质的制造。它也有一个抑制因子，将阻止 Gata6 的表达，Gata6 是一种促分化因子。 它也被发现与来自发育模块的基因的功能重叠，例如 Tip60 和 p400。它也被发现起作用在某些癌症生长的情况下。c-Myc 的表达受转录因子 Ronin (Thap11) 的调节，Ronin (Thap11) 是一个包含 N 端 THAP 结构域的蛋白质家族的一部分。它在小鼠和人类之间得到了很好的保守，这意味着它的序列和靶序列对于这两种哺乳动物非常相似。Ronin 抑制会导致细胞凋亡，而过度表达会导致 mESCs 过多。

信号模块

有几种信号通路将直接促进自我更新和/或通过阻断或发出正常分化提示来保留多能性。

白血病抑制因子 (Lif) 刺激 mESCs 的自我更新。它不会直接提高 mESCs 的生长速度，而是增加细胞自我更新而不是分化的概率。Lif 信号传导效应由一个异二聚体复合物控制，该复合物由 Lif 受体 (LifR) 链和蛋白 gp130 组成。已显示它信号传导三个通路，分别是 Jak/Stat3、PI3K-Akt 和 Mapk 通路。^[9] 在这三个通路中，只有 Jak/Stat3 通路完全依赖 Lif 信号传导。另外两个通路需要来自多个来源的多个信号才能启动。Jak/Stat3 通路和 PI3K 通路的信号传导将促进 Klf4 和 Tcf3 的表达，从而导致 Sox2 和 Nanog 的转录增加，如前所述，它们参与干细胞分化和机体发育。对于 Mapk 通路，其信号传导将导致 Tbx3 的量减少，从而导致转录活性下降。FgfR1 (成纤维细胞生长因子信号传导) 是机体中 ESCs 最丰富的受体。它参与 Jak/Stat、磷酸肌醇磷脂酶 C-y、PI3K 和 Erk 通路的信号传导。一种类似的蛋白 Fgf2 对于 hESC 的维持至关重要。例如，在小鼠饲养细胞培养物中，需要大量 Fgf2 来维持其自我更新并防止分化。

Wnt 信号传导在胚胎发育过程中非常重要，并控制干细胞分化。它可以诱导中胚层和内胚层标记物的表达，对于 mESCs，包括 Barchyury、Flk1、Foxa2、Lxh1 和 Afp。Wnt 信号传导还通过控制 Oct4、Sox2 和 Nanog 的表达来维持细胞干性多能性，它们都是参与维持多能性和发育的转录复合体。^[9]

多能性相关染色质结构

应该注意的是，每个细胞都有独特的染色质结构。染色质是构成细胞核内容物的 DNA 和蛋白质的组合。^[10] 在多能性细胞中，异染色质相关灶似乎分布得更加分散。相关的组蛋白通常是高乙酰化的。存在染色质修饰酶在转录模块中发挥作用。它们通过控制编码能够共价修饰蛋白质的关键酶的基因来做到这一点。^[11] 例如，H3K9 甲基转移酶 SetDB1 的转录由 Oct4 控制。众所周知，组蛋白标记是这种酶的特征。当这种情况发生时，会发生以下情况：1. 引入多梳蛋白 2. 多梳蛋白触发后续事件，这些事件涉及 H3K27 残基的甲基化 3. 然后启用进一步的额外染色质相关修饰。

胚胎干细胞的来源

1. 体外受精

体外受精 (IVF) 诊所是用于干细胞研究的囊胚的最大潜在来源。IVF 过程需要在接受了“促排卵药物”的密集方案后，通过手术程序取出女性的卵子，这些药物会刺激她的卵巢产生多个成熟的卵子。

当 IVF 用于生殖目的时，医生通常会受精所有捐赠的卵子，以最大限度地提高产生可植入子宫的活囊胚的机会。由于并非所有受精卵都被植入，这导致了大量目前存储在全国各地冷冻机中的“剩余”囊胚。存储在 IVF 诊所的囊胚可能成为用于医学研究的胚胎干细胞的主要来源。然而，由于大多数这些囊胚是在干细胞研究出现之前产生的，大多数捐赠者没有被询问是否允许将这些剩余的囊胚用于研究。

IVF 技术还有可能专门用于产生用于研究目的的囊胚。这将有利于分离具有特定遗传性状的干细胞，这些性状对于研究特定疾病是必要的。例如，可以使用来自患有囊性纤维化等遗传疾病的卵子和精子捐赠者的干细胞来研究该疾病的起源。然而，对于一些人来说，使用 IVF 特别为研究目的创建干细胞在伦理上是有问题的，因为它涉及故意创建一个永远不会发育成人类的囊胚。^[12]

2. 核移植

称为核移植的过程提供了另一种产生胚胎干细胞的潜在方法。在动物中，核移植已经通过将已分化的成年细胞（例如皮肤细胞）的细胞核插入已去除细胞核的捐赠卵子中来实现。然后，这个现在包含皮肤细胞遗传物质的卵子被刺激形成囊胚，可以从中提取胚胎干细胞。因此，以这种方式产生的干细胞是原始成年细胞的复制品或“克隆”，因为它们的核 DNA 与成年细胞的核 DNA 相匹配。截至 2006 年夏季，核移植尚未成功地用于生产人类胚胎干细胞，但动物研究的进展表明科学家可能能够在未来利用这项技术来开发人类干细胞。

科学家认为，如果他们能够使用核移植来提取人类干细胞，他们就可以通过创建包含导致某些疾病的基因的干细胞来研究特定疾病的发展和进程。未来，科学家们还可能能够创建包含特定患者 DNA 的“个性化”干细胞。通过核移植产生的胚胎干细胞将与需要移植的患者在基因上匹配，这将使患者的机体排斥新细胞的可能性远低于传统组织移植程序。

虽然使用核移植来生产干细胞与生殖克隆不同，但有些人担心该技术可能被误用作生殖克隆目的。其他伦理考虑包括卵子捐赠（需要知情同意）以及囊胚可能被破坏。^[12]

成体干细胞

成体干细胞被称为间充质干细胞。与胚胎干细胞一样，成体干细胞也是能够更新和特化的未分化细胞，但与胚胎干细胞不同，成体干细胞通常位于被其他特化细胞包围的组织中。这使得干细胞仅具有多能性；它只能分化为某些细胞系，而多能性胚胎干细胞可以分化为几乎所有细胞系。成体干细胞的作用是在需要时补充组织和器官中的受损细胞。骨髓中的成体造血干细胞已被用于移植，目前正在进行的研究旨在确定脑和心脏中发现的干细胞的分化是否可以被控制并用于各种其他形式的移植。

成体干细胞存在于各种器官和组织中被称为“干细胞龛”的区域。这些细胞处于休眠状态，直到需要它们，这可能包括需要新的细胞来取代因损伤或疾病而受损的组织。与胚胎干细胞一样，科学家正在开发提取这些成体干细胞、在菌落中收获它们并操纵它们以创建可用于治疗某些疾病的特化细胞菌落的方法。挑战在于，一旦从人体中提取，这些细胞的生长和繁殖能力有限。

科学家识别成体干细胞的一种方法是首先从活生物体中提取细胞。接下来，在细胞培养物中标记这些细胞，然后将它们移植回另一种生物体。如果这些细胞在生物体中繁殖，科学家可以验证是否存在正常工作的干细胞。科学家一直在进行研究以确定各种分化通路，这些通路是成体干细胞分化为具有特定功能的高度特化细胞的过程。

成人干细胞的不同类型包括以下几种：

• 造血干细胞：发育为骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞
• 神经干细胞：发育为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞
• 皮肤干细胞：发育为表皮干细胞和毛囊

成人干细胞存在于发育成熟的生物体中，具有分裂和生成与自身相同的细胞，或生成比自身更分化的细胞的能力。

它们与胚胎干细胞有一些区别，包括：

• 由于端粒酶不活跃，它们不能无限期生长。有些细胞在细胞寿命中实际上只能复制一次。
• 与ESC不同，成人干细胞的分化能力有限。
• 它们的数量远少于ESC。在成年人体中，大约每10,000-15,000个细胞中就存在一个成人干细胞。
• 关于成人干细胞的伦理问题也较少，因为它们是从能够做出自己决定并同意捐赠的成年人身上提取的。

成人干细胞具有再生特性，潜力巨大，例如：

• 器官修复：在心脏病发作的情况下，心肌细胞死亡并被瘢痕组织取代。成人干细胞已被用于通过去除受损的心脏组织，在培养皿中培养成人干细胞，然后将其重新植入受损的心脏，从而部分修复瘢痕组织。
• 器官再生：1999年，泌尿科医生、再生医学韦克森林研究所主任安东尼·阿塔拉博士正在研究患有膀胱缺陷的患者。他从膀胱中取了一小块组织，分离出干细胞，并将其培养成了一个新的膀胱。他发现可以将新的膀胱移植回原来的患者体内，七年后，患者要么康复了，要么恢复了正常。他成功制造的膀胱功能足以使患者保持健康和生存。

CD34+ 细胞

CD34+ 细胞包含 CD34 蛋白。CD34 蛋白是一种存在于人体细胞表面的糖蛋白，它作为细胞相互作用的粘附剂。它也可能在将干细胞附着到骨髓或结缔组织细胞中发挥作用。这种蛋白质在造血细胞早期表达。它的另一个功能是它需要 T 细胞进入淋巴结。CD34+ 细胞通常存在于脐带和骨髓中的造血干细胞中。

用途

为了从血液样本中分离出 CD34+ 细胞，可以使用免疫磁性或免疫荧光技术。这些造血干细胞可以通过使用抗体，进行纯化，用于骨髓移植的科研或临床用途。这些细胞可以分化为不同的血细胞。CD34+ 细胞可以注射到患者体内，用于治疗肝硬化、周围血管疾病和脊髓损伤等疾病。

诱导多能干细胞

诱导多能干细胞或 iPSC 是被重新编程到类似于胚胎干细胞状态的成人体细胞。虽然 iPSC 理论上是多能细胞，但目前尚不清楚它们与胚胎干细胞是否存在任何差异。诱导多能干细胞于 2006 年首次从小鼠细胞中产生，随后于 2007 年从人类细胞中产生。

iPSC 的生产

iPSC 是通过转染产生的，转染是将核酸导入细胞的过程。^[13] 在 iPSC 的情况下，这是通过逆转录病毒完成的。生产 iPSC 还存在其他方法，例如使用腺病毒和质粒。腺病毒与逆转录病毒的不同之处在于它不会将自身遗传信息整合到成人细胞中。腺病毒用于将必要的转录因子转运到成人细胞的 DNA 中。腺病毒具有某些优势，例如，它们可以避免逆转录病毒插入可能引起的任何突变的可能性，以及腺病毒只需要存在一小段时间就可以重新编程成人细胞。质粒也可以用来重新编程成人细胞，在这种方法中，需要两个质粒来携带必要的转录因子。使用质粒的主要优点是，不需要使用病毒。然而，使用质粒也存在两个主要问题，一个是质粒效率低，另一个是质粒在重新编程过程中存在持续的插入突变风险，并使用促进癌症的基因。

通过细胞融合

通过将 EGC（胚胎生殖细胞）或 ESC（胚胎干细胞）与体细胞融合，成功地产生了 iPSC。^[9] 体细胞核在与胸腺淋巴细胞融合后，可以被 EGC 和 mESC 重新编程。重新编程后，该过程会导致类似于 EGC 的四倍体细胞，其中女性细胞的失活 X 染色体再次变得活跃。然后，这些四倍体细胞可以被注射到囊胚中形成嵌合胚胎。对于人类来说，这在未来可以用于分离的骨髓细胞和中枢神经系统的脑细胞。然后，这些细胞可以与培养中的 mESC 融合，以创建形态和特征类似于真实细胞的人工细胞。

通过细胞重编程

iPSC 也可以通过将体细胞（生物体的体细胞）重新编程为多能干细胞来获得。^[9] 这个过程是通过使用转录因子来完成的，转录因子是与特定 DNA 序列结合的蛋白质。在小鼠成纤维细胞中通过逆转录病毒感染使用的四种转录因子是 Oct4、Sox2、Klf4 和 c-Myc。对于人类，已经使用了不同的转录因子组合，包括 Nanog、Lin28 或 Nr5a2。转录因子的外源表达随后在 mESC（小鼠胚胎干细胞）试剂中进行选择，最终导致 iPSC 的产生。产生的 iPSC 具有正常 ESC（胚胎干细胞）的特征，例如女性细胞中两个 X 染色体的重新激活、内源性多能性指标的表达，以及产生嵌合动物的能力。分子事件仍然知之甚少，但可以研究重编程是如何发生的。在重编程过程中，表观遗传标记被广泛改变。研究表明，iPSC 克隆与 ESC 无法区分，尽管仍然存在一些小的差异需要在将它们用于再生医学之前进行测试。^[9]

iPSC 的临床未来

诱导多能干细胞承诺了胚胎干细胞几乎无限的可能性，而不会产生破坏人类胚胎的令人困扰的道德问题，因此为再生医学的研究提供了很有前景的空间。iPSC 还承诺了比其他类型干细胞更多的益处。其中最重要的一个就是 iPSC 可以从患者自身的细胞中产生，这意味着任何从 iPSC 衍生的治疗方法都应该避免任何免疫原性反应。即使 iPSC 在临床环境中具有巨大的可能性，未来仍然存在一个主要的担忧，那就是 iPSC 形成肿瘤的趋势增加。从实验中发现，注射到小鼠体内的 iPSC 会形成畸胎瘤，畸胎瘤是一种内部含有组织或器官成分的肿瘤。展望未来，研究的重点不仅在于用 iPSC 找出潜在的治疗方法，还在于开发更高效、更少使用重组蛋白形成肿瘤的方法。

干细胞的用途

无论是胚胎干细胞还是成体干细胞，都具有治疗多种疾病的潜力，并能为人类生长发育提供见解。干细胞疗法的一个具体领域是使用这些细胞来治疗患有 I 型糖尿病的患者。I 型糖尿病患者无法在胰腺中产生胰岛素。目前正在进行的研究旨在确定胚胎干细胞是否可以被选择性地专门化，以产生可移植到糖尿病患者体内的产生胰岛素的细胞群。为了使这种手术成功，干细胞必须能够繁殖并产生足够的感兴趣的组织/细胞。它们还必须能够在受体宿主中存活，正常运作并保持繁殖能力，同时不会伤害受体。所有这些要求都必须满足，并且受体不会排斥这些细胞，这是研究人员目前正在努力克服的挑战。

人类干细胞也可以用来测试新药。可以在从人类多能干细胞系生成的已分化细胞上测试新药物的安全性。例如，癌细胞系用于筛选潜在的抗肿瘤药物。利用干细胞，科学家们还在开发新的方法来在实验室中培养脑细胞，这些脑细胞可以用来治疗帕金森病患者。在各种方法中，一种方法是将干细胞培养成脑细胞并将其移植到患者体内。如果干细胞可以培养成多巴胺生成的神经细胞，研究人员认为它们可以替代丢失的细胞。

通过使用干细胞，人们可以观察特定细胞（如神经细胞和肌肉细胞）的专门化。通过观察这个过程，一些最严重的疾病（如癌症和出生缺陷）是由于在这个专门化过程中的某个地方出现的错误造成的。干细胞的另一个潜在应用是制造用于医疗疗法的细胞和组织。

癌细胞具有无限分裂的能力，并在转移过程中扩散到身体的不同部位。胚胎干细胞可以自我更新，并且通过分化为体细胞，可以提供人体构建的基础。胚胎干细胞为再生医学提供了巨大的机遇，并作为研究早期人类发育的优秀模型系统。

围绕研究的争议

关于胚胎干细胞研究存在着许多伦理争议。首要的问题是 ESC 的采集方式，因为一旦 ESC 被采集，囊胚就会死亡。没有办法在不破坏胚胎的情况下采集它们。这提出了一个问题，即生命何时开始？关于生命何时开始有许多不同的信念，无论是科学的、宗教的等等，因此很难设定一个每个人都能接受的定义。

大多数用于干细胞研究的囊胚来自体外受精的剩余胚胎。有生育问题并决定进行体外受精的人。在这种情况下，精子和卵子在试管中结合，产生多个胚胎，其中一些被植入母亲体内。剩余的胚胎出于各种原因被冷冻起来；无论是第一次植入没有成功，还是夫妻决定以后再要孩子。有些人决定丢弃这些胚胎，但绝大多数被冷冻在实验室里。另一个出现的争议问题是，是否可以将冷冻胚胎用于 ESC。

研究中也存在着政治争议。

• 90 年代后期：第一条人类胚胎干细胞系诞生。
• 2001 年：布什禁止使用联邦资金创建和研究更多胚胎干细胞系。当时有 21 个不同的 ESC 系。
• 2009 年：奥巴马创建了国家卫生研究院 (NIH) 委员会，该委员会将批准是否可以使用联邦资金研究某些干细胞系。既定的准则规定，干细胞必须来自通过体外受精产生的但已被冷冻并不再使用的胚胎。父母必须同意使用其冷冻胚胎进行干细胞研究，并且一旦获得 NIH 批准，联邦资金就可以用于研究它们。但是，联邦资金不能用于创建新的干细胞系。它们必须通过私人资金创建，并且一旦创建，联邦资金就可以用于研究它们。

还存在着使用干细胞的总体安全性问题。研究人员并不一定知道将干细胞植入人体后会发生什么，他们知道他们想要发生什么，但无法保证会发生什么。科学家们还没有能够精确控制胚胎干细胞将分化成何种细胞。