第一部分 第二部分·干细胞相关术语 ·人胚胎干细胞·什么是干细胞？ ·人胚胎干细胞伦理之争·如何得到多能干细胞 ·人胚胎干细胞研究的希冀与挑战·多能干细胞的潜在应用 ·干细胞研究进展·成熟干细胞·什么是胚胎干细胞？
第一部分:
干细胞相关术语近来由于分离和培养第一个人多能干细胞系的成功，予人以极大的惊喜，在生物医学的研究上，又开辟了一个新疆界。人类多能性干细胞系的发展值得人们开展严密的科学考察，对新的疗法进行评估，以及预防策略和对伦理问题的公开讨论。
为了能理解这一发现的重要性以及相关的科学、医学和伦理问题，首先我们必须把有关的术语和定义弄明白。
DNA：构成基因的脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）的缩写。
Gene (基因)：位于染色体上一个特定位置的DNA片段，是一种遗传功能单位。一个基因可直接指导功能酶和蛋白质的合成。
Somatic cell （体细胞）：除卵子或精子之外的细胞。
Somatic cell nuclear transfer （体细胞核转移）：将体细胞的细胞核转移到去核卵细胞的过程。
Stem cells （干细胞）：一种经培养可进行不定期分化并产生特化细胞的细胞。
Pluripotent （多能性的）：可分化出一种器官的多种组织的潜能
Totipotent （全能性的）：具有无限的分化潜能。全能细胞能够专门化外胚膜和组织，胚胎和所有胚后期组织和器官。
Multipotent（专能干细胞）：多能干细胞进一步分化成专能干细胞，专能干细胞只能分化成某一类型的细胞，比如神经干细胞，可以分化成各类神经细胞；造血干细胞，可以分化成红细胞、白细胞等各类血细胞。
什么是干细胞？干细胞具有经培养不定期地分化并产生特化细胞的能力。在正常的人体发育环境中，它们得到了最好的诠释。人体发育起始于卵子的受精，产生一个能发育为完整有机体潜能的单细胞，即全能性的受精卵。受精后的最初几个小时内，受精卵分裂为一些完全相同的全能细胞。这意味着如果把这些细胞的任何一个放入女性子宫内，均有可能发育成胎儿。实际上，当两个全能细胞分别发育为单独遗传基因型的人时，即出现了各方面都完全相同的双胞胎。大约在受精后四天，经过几个循环的细胞分裂之后，这些全能细胞开始特异化，形成一个中空环形的细胞群结构，称之为胚囊，胚囊由外层细胞和位于中空球形内的细胞簇(称为内细胞群)所构成。
外层细胞继续发展，形成胎盘以及胎儿在子宫内发育所需的其它支持组织。内细胞群细胞亦继续发育，形成人体所须的全部组织。尽管内细胞群可形成人体内的所有组织，但它们不能发育为一个单独的生物体，因为它们不能形成胎盘以及子宫内发育所需的支持组织。这些内细胞群细胞是多能性的----它们能产生许多种类型的细胞，但并非胎儿发育所需的全部细胞类型。因为它们不是全能性的，不是胚胎，没有完全的发育潜能。如果内细胞群被放入女性子宫，它不会发育成胎儿。
多能性干细胞经历进一步的特异分化，发展为参与生成特殊功能细胞的干细胞。如造血干细胞，它能产生红细胞、白细胞和血小板。又如皮肤干细胞，它能产生各种类型的皮肤细胞。这些更专门化的干细胞被称为专能干细胞。
干细胞对早期人体的发育特别重要，在儿童和成年人中也可发现专能干细胞。举我们所最熟知的干细胞之一，造血干细胞为例，造血干细胞存在于每个儿童和成年人的骨髓之中，也存在于循环血液中，但数量非常少。在我们的整个生命过程中，造血干细胞在不断地向人体补充血细胞——红细胞、白细胞和血小板的过程中起着很关键的作用。如果没有造血干细胞，我们就无法存活。
如何得到多能干细胞目前，人类多能性干细胞系的建立有两个来源，其方法与以往在动物模型中建立的方法相同。
（1） 在Dr. Thomson进行的工作中，他从人类胚胎的囊胚期内细胞群中直接分离多能干细胞。Dr. Thomson从IVF（体外受精）临床实验室得到胚胎，这些胚胎是不育症临床治疗不需要的，用于繁殖，而非研究目的。从捐献者夫妇处获得知情同意书后，Dr. Thomson分离了内细胞群，将这些细胞进行培养，产生一个多能性干细胞系。
（2） 与此相反，Dr. Gearheart从终止妊娠的胎儿组织中分离出多能性干细胞。捐献者自行决定了终止妊娠，从他们那儿获得了知情同意书后，Dr. Gearheart从原本要发育成睾丸或卵巢的胎儿部位取得细胞。尽管Dr. Thomson 实验室和Dr. Gearheart实验室使用的细胞系来源不同，但发育成熟的细胞看起来非常相似。体细胞核转移（SCNT）是得到多能性干细胞的另一种途径。在SCNT的动物研究中，研究者将一个正常的动物卵细胞去除细胞核（含染色体的细胞结构）。存留在卵细胞内的物质含营养成分和对胚胎发育非常重要的能量物质。而后，在非常精细调控的实验室条件下，将单个体细胞——除卵细胞或精子细胞之外的任一种细胞——与除去核卵细胞放在一起，使两者相融合。融合细胞以及其子细胞具有发育成一个完整个体的潜能，因此是全能性的。正如图I所示，这些全能性细胞不久将形成胚囊，从理论上来说，可利用胚囊的内细胞群来建立多能性干细胞系。实际上，任何一种可生成人类胚囊细胞的方法都有可能成为人体多能性干细胞的来源。
多能干细胞的潜在应用有诸多理由可说明多能干细胞对科学和人类健康的进展的重要性。最基本的，多能干细胞可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件。该项工作的首要目标是，确定参与导致细胞特化的决定因素。虽然我们已知基因的启动和关闭是该进程的核心，但我们对这些“决定”基因以及使之启动或关闭的因素知之甚少。人类最严重的医学难题，如癌症和先天缺陷就是因异常的细胞特化和细胞分化所导致。如果能更好地了解正常细胞的分化发育过程，从而能更深刻地理解其中的基本错误，了解这些致死疾病的成因。
人体多能干细胞研究也能大大地改变研制药品和进行安全性实验的方法。例如，新的药物/治疗方法可以先用人类细胞系进行实验，如目前的癌细胞系就是为了这种实验而建立的。多能干细胞则使更多类型的细胞实验成为可能。这不会取代在整个动物和人体身上进行实验，但这会使药品研制的过程更为有效。只有当细胞系实验表明药品是安全的，并有好的效果时，才有资格在实验室进行动物和人体的进一步实验。
也许人体多能干细胞最为深远的潜在用途是生产细胞和组织，它们可用于所谓的“细胞疗法”。许多疾病及功能失调往往是由于细胞功能障碍或组织破坏所致。如今，一些捐赠的器官和组织常常用以取代生病的或遭破坏的组织。遗憾的是，受这些疾病折磨的病人数量远远超过了可供移植的器官数量。多能干细胞经刺激后可发展为特化的细胞，使替代细胞和组织来源的更新成为可能，从而可用于治疗无数的疾病、身体不适状况和残疾，包括帕金森氏病、Alzheimer’s病（痴呆症）、脊髓损伤、中风、烧伤、心脏病、糖尿病、骨关节炎和类风湿性关节炎。几乎没有一个医学领域是这项发明没有涉及到的，举其中两例说明如下：
１、 健康心肌细胞的移植可为慢性心脏病病人提供新的希望，这些病人的心脏已无法正常跳动。这种希望在于，从人体多能干细胞中发育出心肌细胞，并移植到逐渐衰退的心脏肌肉，以便增加衰退的心脏功能。在小鼠和其它动物身上进行的初期工作已表明，植入心脏的健康心肌细胞成功地进驻心脏，并与宿主细胞一起工作。这些实验表明这种类型的移植是切实可行的。
２、 在许多患有I型糖尿病的人身上，特异的胰腺细胞，即胰岛细胞的生成胰岛素的功能遭到破坏。已有证据表明，移植完整的胰腺或分离的胰岛细胞可减少胰岛素的注射量。人体多能干细胞中分化胰岛细胞系可用于糖尿病研究，最终可用于移植。
虽然这项研究有着极为诱人的前景，要使其成为现实，尚有许多工作和技术挑战等着我们去解决。只有当这些问题解决之后，才能将这些发明用于临床实践。尽管技术挑战意义重大，却也不是难以超越的。
首先我们必须做些基础研究，以理解导致人体中细胞特化的细胞事件，从而能够指导这些多能干细胞发育成移植所需的特殊组织类型。
其次，在利用这些细胞进行移植之前，还必须克服免疫排斥问题。由于来自胚胎或胎儿组织的人体多能干细胞与移植受者在遗传上有差异，因此将来的研究将集中于改变人体多能干细胞，将组织不相容性降到最低，或是创建具有通用组织类型的组织库。
体细胞核转移（SCNT）方法是克服某些病人的组织不相容的另一方法。如，假如病人患有进行性心力衰竭，利用SCNT技术，从该病人身上的任何一个体细胞中取出细胞核，与捐献者的去核卵细胞相融合。经过适当的刺激，细胞发育为胚囊：从内细胞群中取得的细胞可建立多能性细胞系，随后诱导其分化为心肌细胞。由于绝大多数遗传信息包含在细胞核中，这些细胞与心力衰竭病人具相同的遗传性。当这些心肌细胞移植回病人身体时，不会出现排斥现象，病人也无须服用免疫抑制药物，而这些药物是有毒副作用的。
成熟干细胞如前所述，在某些成年组织中可以发现专能干细胞。实际上，在我们体内有些细胞会消耗掉，需要干细胞来补充细胞供应，例子之一便是前面提到的造血干细胞。
专能干细胞尚未在所有成年组织中发现，但在该研究领域的发现正日益增多。例如，不久前人们还认为成年神经系统中没有干细胞，但近几年，人们却从大鼠和小鼠的神经系统中分离出神经干细胞。在这方面，对于人类的认识更为有限。已从人类的胎儿组织中分离出神经干细胞；另外，从手术治疗癫痫切除的成人脑组织中已分离出一种细胞，它可能是一种神经干细胞。
成熟干细胞与多能干细胞具有同样的潜能吗？
时至今日，只有少数证据表明，在哺乳动物中，如造血干细胞那样的专能干细胞能改变分化程序，生成皮肤细胞、肝细胞或非造血干细胞，甚至是某一特定的血细胞。但是，在动物实验中的发现促使科学家们开始探究这个观点。
动物实验表明，参与某些特定细胞系发展的成熟干细胞能发育成其它类型的细胞。最近的小鼠实验表明，当神经干细胞置入骨髓时，它们可产生多种类型的血细胞。此外，大鼠实验显示，在骨髓中的干细胞能够形成肝细胞。 这些令人激动的发现说明，即使干细胞已经专门化，在某些条件下，他们有可能比人们最初所想像的更为变化多端。同时，成熟干细胞的多变性仅见于某些动物，且局限于为数不多的几种类型的组织。
为何不专门进行成熟干细胞研究？
人类成熟干细胞研究表明，这些专能干细胞在细胞疗法的研究和发展中具有极大的利用价值。例如，利用成熟干细胞进行移植有诸多优势。如果能从病人身上分离出成熟干细胞，诱使它们分化并指导它们进行特化发育，而后将它们移植回病人体内，这样的细胞不可能发生排斥现象。使用成熟干细胞进行这样的治疗，显然会降低、甚至避免使用来源于人体胚胎或人体胎儿的干细胞（这些来源往往会给人们带来伦理上的麻烦）。
成熟干细胞显示出真正的希望，但仍有一些重要的因素限制了它们的利用。首先，人们尚未从承认体内的全部组织中分离出成熟干细胞。尽管多种不同类型的专能干细胞已得到确定，但所有类型细胞和组织的成熟干细胞尚未在成人体内发现。例如，人们尚未发现人类的成熟心脏干细胞或成熟胰岛干细胞。
其次，成熟干细胞含量极微，很难分离和纯化，且数量随年龄增长而降低。比如，成人的脑细胞有可能是神经干细胞的情况，只是在移除癫痫患者的部分脑组织时才可见，而这一点价值甚微。
如果尝试使用患者自身的干细胞进行治疗，那么首先必须从患者体内分离干细胞，并体外培养，只至有足够数量的细胞才可用于治疗。对于某些急性病症，恐怕没有足够的时间进行培养。在另一些遗传缺陷疾病中，遗传错误很可能也会出现于病人的干细胞中，这样的干细胞不适于移植。有证据表明，成人身上获得的干细胞，可能没有年轻人的干细胞那样的增殖能力。此外，由于日常生活的暴露，包括日光、毒素、以及在一生中DNA复制过程中的某些错误，成熟干细胞可能包含更多的DNA异常。这些潜在的弱点将限制成熟干细胞的使用。
在成熟干细胞上可能无法研究细胞特化的早期阶段，因为它们的特化性比多能干细胞强。此外，一个成熟干细胞系能形成几个，可能是3 或4个组织类型，但目前，还没有明显的证据表明成熟干细胞具有多能性，无论是人类还是动物。为了确定众多人体特化的细胞和组织的最佳来源，为新疗法乃至治愈方法服务，进行成熟干细胞发展潜能研究及其与多能干细胞的对比研究将是非常重要的。
总结
由于在针对最具破坏性疾病的新疗法上，干细胞具有巨大的希望，因而同时进行所有干细胞系的研究是很重要的。科学和科学家需要寻找这些细胞的最佳来源，一旦予以确定，无论来源怎样，研究者们都将利用它们寻求新的细胞疗法。
能产生许多人体组织的干细胞系，无论是多能的还是专能的，它们的发展是一项重要的科学突破。如果说这项研究将有可能对药品应用产生革命，提高生命质量和寿命，这样的说法也无可厚非。
什么是胚胎干细胞？胚胎干细胞是在人胚胎发育早期——囊胚（受精后约5—7天）中未分化的细胞。囊胚含有约140个细胞，外表是一层扁平细胞，称滋养层，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等。中心的腔称囊胚腔，腔内一侧的细胞群，称内细胞群，这些未分化的细胞可进一步分裂、分化，发育成个体。内细胞群在形成内、中、外三个胚层时开始分化。每个胚层将分别分化形成人体的各种组织和器官。如外胚层将分化为皮肤、眼睛和神经系统等，中胚层将形成骨骼、血液和肌肉等组织，内胚层将分化为肝、肺和肠等。由于内细胞群可以发育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。当内细胞群在培养皿中培养时，我们称之为胚胎干细胞。
研究证实：分离的小鼠胚胎干细胞在体外可以分化成各种细胞，包括神经细胞，造血干细胞（血细胞的前体）和心肌细胞。令人惊奇的是，这些细胞还具有自发发育成某些原始结构的趋势。如在一定的培养条件下，一部分胚胎干细胞会分化为胚状体（与小的跳动的心脏具有奇异的相似之处），而另一些细胞会发育成包含造血干细胞的卵黄囊。形成胚状体和卵黄囊的比例可通过改变培养基而改变，但至今还没有诱导胚胎干细胞发育为一纯的分化细胞群的报道。从理论上讲，小鼠胚胎干细胞具有发育成某一器官的能力，但还没有用干细胞体外培养成器官的报道。不过，如果将小鼠胚胎干细胞移植到重度复合免疫缺损小鼠（SCID，它不会排斥移植的细胞）体内时，胚胎干细胞则能够发育成肌肉、软骨、骨骼、牙齿和毛发。但无论如何，如果直接将分离的小鼠胚胎干细胞植入子宫内，它们不会发育成个体小鼠，因为没有着床必需的滋养层细胞。这种条件下，胚胎干细胞被认为是多能的（pluripotent），而不是全能的（totipotent）。尽管如此，如果将胚胎干细胞植入不能发育成个体的四倍体胚胎中，再将该胚胎植入小鼠子宫中，那么可以获得完全是由培养的胚胎干细胞产生的正常个体小鼠。这表明了胚胎干细胞具有难以置信的全能性。
第二部分:
人胚胎干细胞人胚胎干细胞的分离及体外培养的成功，将给人类带来医学革命，也引发了一场科学与伦理的大辩论。
假设你的朋友患有糖尿病、进行性老年性痴呆、严重的心力衰竭或其他疾病，如果从他身上任何部位取下一些体细胞，通过核移植技术，将其体细胞的细胞核显微注射至去核的人卵细胞中，这种包含与病人完全相同的遗传物质的杂合卵细胞在体外培养发育成囊胚，若将囊胚植入假孕妇女的子宫中，将会克隆出与提供体细胞的人基因相同的个体，即所谓的“克隆人”。但是如果从获得的囊胚中分离并扩增所谓的“人胚胎干细胞”(ES)，并体外诱导它们分化成胰岛细胞、神经元、心肌细胞等，将这些细胞移植至发病部位，则能够修复病人的组织或器官，从而使病人免受病魔的煎熬。由于移植细胞与病人的基因完全相同，不会产生通常器官移植中的免疫排斥反应，修复的组织或器官将良好地履行职责，无需使用免疫抑制剂。也许你会认为这是科幻小说，但这种情景也许在不远的将来（有可能是几年之内）会成为一种常规的治疗方法。而引发这场“医学革命”的关键技术——人胚胎干细胞技术已经出现，并将随着研究的深入而逐步完善。
1998年11月，威斯康星大学的汤姆生和约翰.霍普金斯大学的吉尔哈特教授分别在《科学》（Science,1998,Vol282:1145－1147）和《美国科学院论文集》（PNAS,1998,Vol95:13726－13731）上报道，他们用不同的方法获得了具有无限增殖和全能分化潜力的人胚胎干细胞。这一成就将会给移植治疗、药物发现及筛选、细胞及基因治疗和生物发育的基础研究等带来深远的影响，打开在体外生产所有类型的可供移植治疗的人体细胞、组织乃至器官的大门。因为从理论上讲，人胚胎干细胞具有全能性，在一定的诱导条件下，既可发育分化为感受和传导生物电信号的神经组织，也可分化为携带氧的血细胞，还可分化为提
供血液循环动力的心肌细胞等等。
但是，由于人胚胎干细胞来自具有发育成一个个体潜力的人胚胎，因而人胚胎干细胞的研究引发了一场伦理大辩论。有人担心，人胚胎干细胞的研究会导致医生刻意收集未出生胚胎的细胞，来提供其他病人治疗的需要，或者利用该项技术进行克隆人的研究，这可能会引发公众对科学的恐惧。美国总统克林顿为此专门责成美国生物伦理指导委员会（NBAC）研究人胚胎干细胞可能带来的科学、伦理、立法等方面的影响，对此做出广泛而深入的评论，并提出相关的人胚胎干细胞研究的指导原则。下面简要介绍一下有关人胚胎干细胞的科学和伦理方面的问题。
人胚胎干细胞伦理之争尽管人胚胎干细胞有着巨大的医学应用潜力，但围绕该研究的伦理道德问题也随之出现。这些问题主要包括人胚胎干细胞的来源是否合乎法律及道德，应用潜力是否会引起伦理及法律问题。从体外受精人胚中获得的ES细胞在适当条件下能否发育成人？干细胞要是来自自愿终止妊娠的孕妇该如何办？为获得ES细胞而杀死人胚是否道德？是不是良好的愿望为邪恶的手段提供了正当理由？使用来自自发或事故流产胚胎的细胞是否恰当？一些人争辩，从人胚中收集胚胎干细胞是不道德的，因为人的生命没有得到珍重，人的胚胎也是生命的一种形式，无论目的如何高尚，破坏人胚是不可想象的。而某些人辩称，由于科学家们没有杀死细胞，而只是改变了其命运，因而是道德的。有些人担心，为获得更多的细胞系，公司会资助体外受精获得囊胚及人工流产获得胎儿组织，人流将在美国泛滥。他们建议应该鼓励成人体干细胞研究而应放弃胚胎干细胞研究。
如果胚胎干细胞和胚胎生殖细胞可以作为细胞系而可买卖获取，科学家使用它们符合道德规范吗？什么类型的研究可被接受？能允许科学家为研究发育过程或建立医学移植组织而培养个体组织和器官吗？由于目前已接受人体基因可以插入动物细胞中，将人胚胎干细胞嵌入家畜胚胎中创立嵌合体来获得移植用人体器官是否道德？为了治疗，改变来自有基因缺陷胚胎的ES细胞的基因，并使其继续发育成健康个体是否道德？如果人的替代组织极易获取，会不会有更多的人将不负责任地生活，而从事高风险的活动？这些问题很难简单回答，必须认真研究人胚胎干细胞研究涉及的伦理、社会、
法律、医学、神学和道德问题。
考虑到美国法律禁止使用政府资金资助人胚胎研究，美国国立卫生研究所(NIH)主任沃马斯教授曾向主管NIH的政府部门——美国卫生和福利部（DHHS）咨询有关法律意见。DHHS在1998年12月决定：“美国国会关于禁止人胚胎研究的法案不适用于胚胎干细胞研究，因为按目前的定义胚胎干细胞不等于胚胎”，此外，“由于胚胎干细胞植入子宫后，不具有依靠自身发育成个体人的能力，不能将其视为人胚胎。”因此，DHHS可以资助来自胚胎的多能干细胞的研究。至于人胚胎生殖细胞，因为胚胎生殖细胞来自无活力的胎儿，获得和使用此类细胞符合联邦法律有关胎儿组织研究的规定，因而也可获得DHHS资助。对此决定人们反应不一。美国73位著名科学家（其中67位是诺贝尔奖获得者）马上联名表示支持，称这一决定是值得赞赏和高瞻远瞩的（Science,1999,Vol283:1849），某类研究引起如此众多诺贝尔奖得主的关注在科学史上是绝无仅有的，这也从一个侧面反映了胚胎干细胞研究的重要性及艰巨性。美国几个颇具影响的学术团体如美国实验生物学会联盟，美国细胞生物学会和美国发育生物学会也都支持有关联邦资金可以资助人胚胎干细胞研究的决定。民主党参议员汤姆.哈金称这一决定将为科学发现许多疾病的新疗法铺平道路，并且强调政府不应该对医学研究设置禁令。NIH主任沃马斯称这项科研工作的前景将灿烂辉煌，不过他还是提醒研究人员，用联邦资金从事获得新的胚胎干细胞系仍违法，但是科学家可以使用联邦资金对汤姆生和吉尔哈特获得的人胚胎干细胞系进行研究。
DHHS有关ES细胞研究的规定却遭到某些国会、教会和人权组织人士的反对。天主教人士道尔福林格指责这一规定严重违反目前法律精神：“他们将用私人资金摧毁胚胎，而用联邦资金从事胚胎实验。”在1999年2月，70位众议员在一封写给卫生和福利部部长的信中要求废除此项规定，称它“违犯了美国政府严禁资助破坏人胚胎的实验研究的联邦法律条文和精神”。美国生命联盟人权组织主席朱迪布朗抗议使用干细胞，因为它们来自应受美国法律保护的可发育成人的胚胎。国会议员杰.迪凯极力反对该规定，甚至要将DHHS告上法庭，他认为目前的法律不允许联邦资金用于胚胎干细胞研究，也不必对此做任何修改，他强调“科学应为人类服务，而不是人为科学服务”。反堕胎活动分子更是要求国会干预和阻挠此类研究。在广泛听取各方意见的基础上，NIH在NBAC的指导下终于在1999年12月公布了“关于胚胎干细胞研究的指导原则”（表1）。从表中可以看出，再用汤姆生的方法从人胚中获得新的胚胎干细胞系是违法的，但允许对已获得的来自人胚的细胞系进行研究。对于用吉尔哈特方法获得、使用和研究来自胎儿组织的细胞系则相对宽容。尽管该规定还很苛刻，但毕竟为人胚胎干细胞的研究打开了大门。
表1 NIH关于胚胎干细胞研究的指导原则允许1、从人胚中获得新细胞系2、使用私人资助、已经获得的来自人胚的细胞系进行研究3、从胎组织中获得新细胞系禁止1、使用来自胎儿组织的细胞系进行研究2、用干细胞创建人胚胎的研究3、将人胚胎干细胞与动物胚胎结合的研究4、使用干细胞进行生殖克隆5、来自为研究目的而专门创建的胚胎的干细胞有关研究
人胚胎干细胞研究的希冀与挑战如果科学家最终能够成功诱导和调控体外培养的胚胎干细胞正常的分化，这一技术将对基础研究和临床应用产生巨大的影响，有可能在以下领域发挥作用：体外研究人胚胎的发生发育，非正常发育（通过改变细胞系的靶基因），新人类基因的发现，药物筛选和致畸实验，以及作为组织移植、细胞治疗和基因治疗的细胞源等。
人胚胎干细胞提供了在细胞和分子水平上研究人体发育过程中的极早期事件的良好材料和方法，这种研究不会引起与胚胎实验相关的伦理问题。采用基因芯片等技术，比较胚胎干细胞以及不同发育阶段的干细胞和分化细胞的基因转录和表达，可以确定胚胎发育及细胞分化的分子机制，发现新的人类基因。结合基因打靶技术，可发现不同基因在生命活动中的功能等。另一个令人兴奋的应用在于新药的发现及筛选。胚胎干细胞提供了新药的药理、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段，大大减少了药物实验所需动物的数量。目前上述实验使用的细胞系或来自其他种属的细胞系，很多时候并不能真正代表正常的人体细胞对药物的反应。胚胎干细胞还可用来研究人类疾病的发生机制和发展过程，以便找到有效和持久的治疗方法。
胚胎干细胞最激动人心的潜在应用是用来修复甚至替换丧失功能的组织和器官，因为它具有发育分化为所有类型组织细胞的能力。任何涉及丧失正常细胞的疾病都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗，如用神经细胞治疗神经变性疾病（帕金森氏综合症、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默氏病等），用造血干细胞重建造血机能，用胰岛细胞治疗糖尿病，用心肌细胞修复坏死的心肌等。尤其是对于后两项，胚胎干细胞可能会有特别疗效，因为目前认为成年人的心脏和胰岛几乎没有干细胞，因而仅靠自身无法得到修复。为了基因治疗和防止免疫排斥效应，还可以对胚胎干细胞的基因做某些修改。干细胞是基因治疗的较理想的靶细胞，因为它可以自我复制更新，治疗基因通过它带入人体中，能够持久地发挥作用，而不必担心象分化的细胞那样，在细胞更新中可能丢失治疗基因的结果。通过胚胎干细胞和基因治疗技术，可以矫正缺陷基因。例如，如果发现早期胚胎有某种基因缺陷而会患基因缺陷病如囊性纤维化——一种30岁以前便会致人死亡的疾病，可以收集部分或全部胚胎干细胞，通过基因工程技术将正常的基因替代干细胞中的缺陷基因，再将修复后的胚胎干细胞嵌入胚胎中，经过九月怀胎将会出生一个健康的婴儿。由于伦理和某些技术问题，现在还未开展此类实验。改变胚胎干细胞的某些基因的另一目的是创建“万能供者细胞”，即破坏细胞中表达组织相容性复合物的基因，躲避受者免疫系统的监视，从而达到防止免疫排斥效应发生的目的。但这种方法需要破坏和改变细胞中许多基因，而且这种细胞发育成的组织和器官是否有生理缺陷如免疫能力降低还不得而知。
另一种克服移植免疫排斥的途径就是前面描述的结合克隆技术创建病人特异性的胚胎干细胞。用这种胚胎干细胞培养获得的细胞、组织或器官，其基因和细胞膜表面的主要组织相容性复合体与提供体细胞的病人完全一致，不会导致任何免疫排斥反应。如果这一设想能够变为现实，将是人类医学中一项划时代的成就，它将使器官培养工业化，解决供体器官来源不足的问题；器官供应专一化，提供病人特异性器官。人体中的任何器官和组织一旦出现故障，将像更换损坏的汽车零
件一样可随意更换和修理。
但是要使以上设想变为现实，还需要对胚胎干细胞做深入研究，还需要解决很多技术难题，这些问题包括：
1)、胚胎干细胞极易分化为其他细胞，如何维持体外扩增时不分化？虽然在防止体外培养时干细胞分化方面已取得了很大成绩，如在培养基中加入白血病抑制因子等可抑制干细胞分 化，但仍需进一步研究干细胞的培养条件。
2)、如何定向诱导干细胞分化？细胞分化是多种细胞因子相互作用引起细胞一系列复杂的生理生化反应的过程，因而要诱导产生某种特异类型的组织，需要了解各种因子在何时何地开始作用，以及何时何地停止作用。令人高兴的是，科学家相信只要将胚胎干细胞诱导分化为所需组织细胞的前体（祖细胞），将祖细胞移植到适当的环境中就能够产生所需的组织，因为机体能够分泌所有指导细胞正确分化的因子。并且不必在体外形成结构精确的多细胞组织后再移植，只需要将已诱导的分散的胚胎细胞或细胞悬液注射到发病部位就可发挥作用，这些移植的细胞与周围细胞及胞外基质相互作用便可有机
地整合至受体组织中。
3)、由胚胎干细胞在体外发育成一完整的器官尤其是像心、肝、肾、肺等大型精细复杂的器官这一目标还需要技术上的突破。因为器官的形成是一个非常复杂的三维过程。很多器官是两个不同胚层的组织相互作用而形成的。例如，肺中的肌组织、血管和结缔组织来源于中胚层，而上皮组织源自内胚层。每个细胞要获得营养和排泄代谢废物，分化的组织中需要产生血管，组织血管化目前还处于起步研究阶段。退一步讲，即便是一发育完整的来自自然机体的器官，要离体培养并维持其正常的生理功能目前还无法做到，器官的体外保存和维持仍是器官移植中的难题。一种可能的方法是将干细胞注射到重度免疫缺陷动物的脏器中，让移植的人干细胞逐步替代动物细胞，使其脏器人源化，成为可供移植的器官。
4)、如何克服移植排斥反应？前面提到的改变基因创建“万能供者细胞”的方法是否可行还不清楚。核移植后的卵细胞能否激活沉默基因，启动DNA的合成，会不会改变染色体的结构等等问题，还有待进一步研究。而且，胚胎干细胞有形成畸胎瘤的倾向，必须对胚胎干细胞及其衍生细胞的移植的安全性做一全面、客观、深入的评价。
总之，胚胎干细胞的研究及应用，将会使我们更加深入了解“我们”形成的过程，给人类带来全新的医疗手段。也许在今后十年中，许多目前还无法治愈的疾病有可能借助胚胎 干细胞及其相关技术而被攻克。
干细胞研究进展为了一个人的形成，单个受精卵将产生数以亿计的细胞和250多种不同的细胞类型。幸而，直到最后一个细胞和器官发育形成之时，所有的一切仍未结束。贯穿于整个生命的，是大多数组织继续产生新的细胞以替换损耗的老细胞或满足新的生命活动的需要。比如，当运动员在高海拔地区进行训练的时候，循环系统中血细胞的数量相应增加以满足运输更多氧气的需要。很显然，在诸如皮肤，毛发，骨骼，骨髓，肠这样的组织中，细胞再生能力已得到证实；但这种现象很可能在所有器官中都不同程度地存在着，包括大脑在内，而惯常的观点是，神经元是不可再生的。
组织更新和修补自身的能力来源于称为干细胞的小细胞团。干细胞存在于生命的全过程，在体内微环境中被专门的“看护”细胞紧密包围。“看护”细胞提供生长因子和信号分子保持干细胞的特性――分化能力，以及在特定生命周期中分化为特化细胞的同时又能自我复制的能力。矛盾的是，干细胞的自身分裂十分有限，而它们的子细胞在最终形成特化细胞的过程中，有非凡的繁殖力。
干细胞以及他们能维持一定数量的能力一直深深吸引着生物学家们[1]，如今更为狂热。由于人们意外的发现成熟组织中的干细胞可以重新程序化，即使效率极低，但仍然可以分化为其他来源的细胞。[2]比如，在正常情况下，成年鼠的少数造血干细胞可生成肌肉组织，神经系干细胞可生成血液。这些报告使得将来受损组织用同一个体内其他组织的残余干细胞来修复成为可能。
悬而未决的问题
另外两项研究也引起了科学界和公众的广泛关注。去年，有两个研究小组宣布他们从人类胚胎和胎儿的生殖细胞中分离出了多能干细胞(pluripotential)――可以分化为多种细胞类型的干细胞。紧跟着，就是众所周知的来自成熟体细胞的克隆羊多莉(dolly)及克隆鼠的诞生。
这些有着巨大新闻价值的研究层出不穷，引起了世界性的关于道德和伦理规范的讨论风暴，而且到现在还在争论。比如在美国，公众的反对迫使NIH停止对人胚胎干细胞的研究提供资助。这些争论使许多研究人员开始意识到，他们必须就一些基本问题与迫切的公众和立法者进行有效的交流，其中包括“人的生命何时开始？”“成为人意味着什么？”“什么是胚胎，它在什么时候变成人？”。
科学家们是否能回答这些复杂的问题还有争执，这里我不打算继续深入讨论。我只想确定这个事实：在回答另一个更重要的基本问题“我们怎样才可能把干细胞用于医药领域？”之前，我们的确还需要更多的信息。
采取哪种方法？
最基本的，我们必须进一步研究人体所有组织的干细胞。第一步，我们需要确定分子标记，它们能将寥寥无几的干细胞从他们庞大的子细胞中区分开来。此外，还需了解干细胞与所处的微环境之间的相互作用，以及微环境如何对机体的需求作出反应。我们仅对骨髓中的造血干细胞的相关信息有一定了解，这将有助于在临床治疗中增加受损组织中残留的干细胞的数量。现在，我们已经能够培养少量造血干细胞以重建人的血液系统。
设定一个最坏的状况，一个慢性病患者失去了某种组织的大部分干细胞，必须要用替代疗法才能生存。如今，最可行的方案是采用另一个体相应组织的干细胞来补充。但是，这种方案也相当危险，由于捐献者与患者没有遗传上的相容性，移植很快因免疫排斥而失败。
一种改进方案是用所谓“自体同源干细胞(autologous stem
cells)”的干细胞来进行治疗，这种干细胞与患者的基因型完全相同。虽然目前还不可行，但是我们已经有了一定的设想。一种方案是分离、培养患者的另一组织的干细胞，比如骨髓或皮肤的，再把这些成熟干细胞在体外重新程序化。为了了解怎样才能重新程序化干细胞，我们需要一系列的实验，来研究沉默基因的重新激活，以及激活基因被关闭的机制。例如“早期胚胎细胞分化为不同细胞系的机制研究”就会给我们相当的启示。如果我们理解了遗传基因控制正常发育的实现过程，我们将更容易地在实验室里进行有目的地控制基因表达和细胞分化的方向。
另一种方法是用来源于囊胚期的胚胎的多能干细胞。囊胚期是指卵子刚刚受精但尚未种植到子宫的阶段，此时胚胎称为胚泡。胚泡大约由100个细胞组成，其中包含一些特化性较少的干细胞，可在培养中不确定地诱导分化为多种细胞形式。最早的人类多能干细胞是从体外受精的临床病例中得来的多余胚泡。这个里程碑式的事件是James Thomson领导的University of Wisconsin,
Madison的实验室在1998年的成果。另一个在澳大利亚的Monash University的实验室最近宣布了相似的实验结果。现在这两个小组正在进一步研究这些多能干细胞和子细胞的特征。
这些工作为人类胚胎早期发育中基因功能研究提供无价的数据资料。不幸的是直到现在，我们对这一领域知之甚少，部分由于联邦经费对胚胎研究的限制。尽管胚胎发育在进化中高度保守，但是脊椎动物胚胎发育中一些细节上的差异，足以证明鼠和人之间并不是所有的基因都具有相同功能。因此，在模式动物研究中得来的信息不能充分体现出我们在人类干细胞中研究中的问题。
公众眼中的干细胞
用人类多能干细胞进行研究引起争议是由于他们来自人类的受精卵，在某些人认为人的生命始于受精。那么在理论上，用体细胞核转移的方法生成自体同源干细胞引起的争议会少一些。这种方法是把成熟细胞的细胞核转入一个去核的未受精卵细胞中，在实验室里，这个卵细胞发育成胚泡，研究人员可从中分离培养多能干细胞系。最近，Monash
University的研究人员用这项技术在小鼠上取得了成功。他们在1000多个转移基因标记的细胞核的去核卵细胞中，获得一个胚胎干细胞系。如果这种“治疗性克隆”能够在效率上更提高一些，那么这对人类干细胞的研究同样有意义。
既然实验用的卵细胞是去核和未受精的，无不同个体的遗传物质融合，从而未发生受精过程，所以用这种方法制造的干细胞在道德和伦理上将更容易被人们所接受。此外，由于胚胎干细胞不能独立发育成胎儿，所以他们不是胚胎。然而，从理论上讲，体细胞核转移产生的胚泡不仅只用于干细胞的产生，把这样的胚泡移植到妇女子宫中也有可能克隆人。尝试此类研究与现行道德准相驳，也是违法行为。另外，这样的行为会使许多不负责任的人们有所企图，无法控制伦理道德标准，而且有可能使人为的和有目的地制造畸形婴儿成为可能。
这些争议对一些更极端的反对者来说还不是关键，他们认为只有对于一个已经去世的人，体细胞核转移技术才可以接受。往往在联邦经费资助人类干细胞的科学研究之前，一个基于相互尊重的信仰的公众讨论就已经开始，无论这种研究是以治疗人类疾病为目的还是以基础研究为目的。
可以认为这种争论本身，是一个好的事情，因为它激发了公众对生物学和复制的兴趣及关注，这些内容以往在学校里不能有效的传授给学生。（克隆青蛙往往不能象克隆人类自己那样使高中的学生们产生兴趣，而且人类肢体再生的案例就可以引导学生展开有关人类肢体的形成和哪些基因产生手臂而不产生腿之类的讨论，象这样的说法未免太牵强了一点。
无论怎样，干细胞研究的前提是将会得到新的实质意义上的治疗方法。因此，科学家们必须十分谨慎，避免媒体对基因治疗过分夸大的报道，否则会失去公众的信任和信心。在应用人多能干细胞时，也必须十分留心。就像我们看到的那样，对公众中的某些人来说，这些细胞的来源相当于破坏人的生命。事实是在我们确切知道干细胞治疗的实际用途之前，还有许多障碍要跨越。当我们向前继续探索的每时每刻，我们必须诚实。}