幹細胞研究的起源可追溯至1960年代，當時James Till博士和Ernest McCulloch博士發現骨髓中的造血幹細胞1。以下是幹細胞研究的簡要年表。
幹細胞研究簡史
1968
兩個兄弟姊妹之間的骨髓移植
1981
從小鼠胚泡中分離出胚胎幹細胞（諾貝爾獎）
1992
在人腦中發現成人幹細胞
。2001
利用核轉移技術製造的小鼠胚胎幹細胞
2006
誘導多能幹細胞的發現（諾貝爾獎）
2010
使用人類胚胎幹細胞治療脊柱損傷的醫療方法
2014
胚胎幹細胞來自於成人幹細胞（由皮膚細胞產生的胰島素產生 Beta 細胞）
幹細胞的類型
幹細胞的三個重要特徵是其分類的基礎：
- 幹細胞具有無限的自我更新能力。
- 幹細胞是未分化的細胞，具有未特化的功能
- 幹細胞在適當的條件下可分化成特定的細胞類型。
幹細胞大致可分為多能幹細胞或多能幹細胞。
多能幹細胞
這類幹細胞包括成人幹細胞，具有自我更新或分化成特定組織或器官中存在的專門細胞類型的能力。例如，造血幹細胞可分化成各種血細胞，間充質幹細胞可分化成成骨細胞；可產生成骨細胞、肌細胞、軟骨細胞和脂肪細胞2 以及 神經幹細胞 可分化為神經元、星形細胞和少突細胞。
多能幹細胞的主要特徵：
- 少量存在於專門的組織中
- 主要功能是補充受損或凋亡的細胞
- 保持靜止狀態，直到它們感知到分化為特定類型細胞的信號
越來越多的研究正在利用多能幹細胞進行組織工程、治療白血病、為燒傷患者進行皮膚移植和美容增強。
多能幹細胞
多能幹細胞通常被稱為真正的幹細胞，因為它們具有分化成任何類型細胞系的能力。
胚胎幹細胞（ES細胞）
胚胎幹細胞是多能幹細胞，來自胚胎；來自胚泡期的內部細胞團，大約在受精後第5天。在胚胎前四個分裂期內獲得的細胞被認為是全能細胞。全能細胞具有分化為胚外組織和胚層衍生組織的能力。ESC 具有在體內無限分裂的能力，不像成體幹細胞只有在組織受損或細胞死亡時才分裂。儘管胚胎幹細胞的來源豐富且應用廣泛，但胚胎幹細胞的使用仍面臨道德挑戰。
圍產期幹細胞（臍帶幹細胞）
圍產期幹細胞來自臍帶血，是應用最廣泛的多能幹細胞。與胚胎幹細胞相比，使用圍產期幹細胞的倫理問題較少；這是因為從中分離出的組織會被棄置3。臍帶血銀行逐漸被接受為治療個人生命晚期複雜疾病的選擇。從一個人的臍帶血中分離出圍產期幹細胞，並用於移植，克服了HLA抗原不相容的問題。
誘導多能幹細胞(iPSCs)
誘導多能幹細胞(iPSCs)是人工重新編程的成人細胞，其行為與胚胎幹細胞相似。誘導多能幹細胞的優點是使用來自同一個人的體細胞，減少了移植排斥的機會。目前流行兩種誘導方法：
- 體細胞核移植（SCNT）：
- 核重編程：利用轉染特定的轉錄因子（Oct3/4、Sox2、Klf4 和 c-Myc）5，對體細胞進行重編程。先進的核重編比 SCNT 更為有效，並具有重要的治療意義6.
| 幹細胞 | 來源 | 功能 | 優點 | |
|---|---|---|---|---|
| 暫能性 | 4個細胞胚胎 | 可分化成所有細胞（包括額外的胚胎細胞） |
| |
| 多能 | 囊胚、臍帶、重編程 iPSCs< | 分化為衍生自 3 個胚層的細胞 |
|
|
| Multipotent< | ||||
| 多能 | 器官(具有專門組織) | 分化成專門的細胞系 |
|
|
幹細胞研究應用
自我更新和分化成成熟細胞類型的能力，使幹細胞成為基礎研究的吸引目標。大部分的研究都涉及到分化因子的鑑定、基因以及存在於幹細胞龕位的環境訊號8-9。越來越多的臨床應用正在以下領域發展：
神經系統疾病
ALS是一种进行性神经肌肉疾病，以大脑和脊髓中运动神经元的丧失为特征。治療策略只能減輕症狀。研究旨在利用骨髓幹細胞和iPS再生大腦和脊髓中喪失的運動神經元。
脊髓損傷
嚴重意外、跌倒和先天缺陷（如脊柱裂）會造成脊髓嚴重損傷。在某些情況下，神經纖維束會被切斷，導致癱瘓。目前，臨床研究的目標是利用成人幹細胞再生新的神經細胞，並引發斷裂的神經纖維生長。此外，移植以髓鞘包覆神經的支援細胞的研究也在進行中。
眼部疾病
角膜、視網膜或視神經受傷，以及老年黃斑病變、青光眼和視網膜色素病變等疾病，均會導致視力衰退。當移植來自胚胎幹細胞的視網膜色素上皮細胞時，患有黃斑變性的動物的視力得到了改善，眼緣幹細胞和視網膜幹細胞在再生人類角膜組織20方面顯示出了積極的結果。
傷口癒合
傳統的皮膚移植無法恢復因受傷、遺傳疾病和燒傷而失去的真皮層的完整成分10。基底層幹細胞衍生的皮膚移植已被批准用於臨床，主要用於大面積燒傷。幹細胞能促進燒傷傷口更好、更快地癒合，並降低發炎程度，減少纖維化和疤痕增生11。
心血管疾病
大多數心血管疾病的特點是缺血和心肌損傷，導致心律失常、肥厚和充血性心臟衰竭。標準的治療方法包括動手術修復阻塞的動脈、藥物減少體液滯留和改變生活方式。然而，這些方法都無法再生心臟組織。研究中的幹細胞療法旨在恢復心臟組織和血管喪失的功能12 並減少臨床心臟事件13。
自體免疫失調
在 1 型糖尿病患者中，身體免疫系統的過度活躍會破壞產生胰島素的胰腺 beta 細胞。雖然注射胰島素是有效的治療方法，但卻無法提供全天候所需的一致且適量的胰島素，導致血液中葡萄糖水平不穩定。目前正在研究從造血幹細胞衍生的細胞，以補充貝他細胞。
多發性硬化症
多發性硬化症是由人體自身免疫系統引發的腦部或脊髓慢性炎症性疾病。主要是神經的髓鞘受損，進而影響神經訊號。多發性硬化症無法根治，但可使用藥物治療症狀。目前正在研究骨髓幹細胞和神經幹細胞衍生的少突胶质细胞，以再生具有髓鞘的神經元。此外，降低免疫系統功能的研究也正在進行15-16。
關節炎
關節炎的特徵是慢性疼痛、關節發炎和僵硬。病因有很多，其中包括免疫系統破壞軟骨。目前的藥物主要是減少疼痛和發炎。幹細胞具有分化成軟骨細胞的能力，而軟骨細胞則是軟骨的組成部分。目前正在研究製造病人來源的軟骨細胞，以供移植17。
疾病建模與藥物篩選
21。現在，製藥工業越來越注重幹細胞來篩選藥物22 和創建 「疾病在皿中 」的細胞模型。部分應用如下：- 人胚胎幹細胞衍生的 ；(hESC-CMs)為預測心臟毒性提供人體模型，降低藥物開發成本23。
- 從病人身上提取的誘導多能幹細胞與體外致病情況相似，可提高藥物篩選的成功率，加快藥物開發進程24.
- 與動物疾病模型相比，已分化的神經元細胞在遺傳學和生物含量方面與人類大腦細胞相似。這些源自幹細胞的神經元細胞可用於細胞活力、鈣反應和神經突發生長測試25-26。
幹細胞研究挑戰
幹細胞是一個不斷演進的研究領域，充斥著許多未知因素。
免疫排斥
幹細胞移植的一大挑戰是受者免疫系統的排斥。
直接從病人的細胞誘導多能細胞製造移植物或組織，可在一定程度上解決免疫排斥的問題。
行為
胚胎幹細胞無限期分裂，可能誘發腫瘤生長。體細胞可直接重編為特化細胞，而無需中間多能狀態。儘管誘導體質細胞的多能性可繞過多能狀態，但所得細胞的增殖和系譜潛力有限，限制了其範圍28。
安全性
用於細胞治療或再生醫學的幹細胞可能接觸微生物，最終可能導致傳染病28。必須在治療前開發出必要的初步診斷測試。此外，在治療前保留預期的生物活性對治療的成功至關重要。
結論
對幹細胞生物學的認知和興趣正在顯著擴大。過去十年來，多項研究著重於了解幹細胞類型的複雜性。改善幹細胞功效和幹細胞遷移29 的研究正在進行中。工程幹細胞一旦發揮其作用，其凋亡也是一個活躍的研究領域30。雖然幹細胞在組織再生、遺傳疾病和癌症方面的應用研究不斷增加，但距離我們目睹幹細胞在治療中的廣泛應用仍有很長的路要走。新發現的基因編輯技術，如 CRISPR 可推動幹細胞研究，並為治療多種疾病帶來巨大希望。
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參考資料
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