盡管"干細(xì)胞"這個(gè)概念早在數(shù)十年前已經(jīng)為世人所知了,，但是直至今天,，干細(xì)胞也僅限于功能上的定義, 而沒有形態(tài)學(xué)和表型上存在的證據(jù),。干細(xì)胞可以自我更新, 繁殖產(chǎn)生更多的干細(xì)胞, 同時(shí)也可以分化成各種各樣的祖細(xì)胞, 后者又可進(jìn)一步成熟發(fā)展成許多有特定功能的細(xì)胞系,。干細(xì)胞這種功能特性極大地吸引了來自基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的研究者,。這些關(guān)于干細(xì)胞的基本功能給基礎(chǔ)科學(xué)的研究者們提供了一種模式, 利用這種模式,他們可以從細(xì)胞的原始階段來研究發(fā)展生物學(xué),。干細(xì)胞所具有的修復(fù),、替代和再生的能力也為臨床醫(yī)學(xué)提供了一個(gè)發(fā)展新療法的機(jī)會(huì),。
鑒定
因?yàn)楦杉?xì)胞僅僅是通過其具有的功能所定義的，所以鑒定和分離這類獨(dú)特的細(xì)胞群將會(huì)成為一種非常具有挑戰(zhàn)性的工作,。胚胎干細(xì)胞（ES,，一種從著床前的胚胎內(nèi)細(xì)胞群中得到的一種細(xì)胞）被認(rèn)為是最具有多能性的一類干細(xì)胞。隨著人多能胚胎干細(xì)胞系和胚胎生殖細(xì)胞系的成功建立,，這一領(lǐng)域成為熱點(diǎn),。這些細(xì)胞可以在體外環(huán)境下無限制的、無差別的增殖下去,而且還能保留著向許多方向分化的能力,。盡管胚胎干細(xì)胞有很大的發(fā)展?jié)摿?但是圍繞著來源于胚胎的細(xì)胞及組織的倫理學(xué)爭論還是將其從試驗(yàn)和應(yīng)用領(lǐng)域排除出去了,。因此，成人干細(xì)胞將會(huì)成為未來治療手段的首選,。
目前已經(jīng)從成人組織中發(fā)現(xiàn)了多種干細(xì)胞系,。其中一種成人干細(xì)胞系在人體造血活動(dòng)中扮演著重要角色，稱為造血干細(xì)胞（HSC）,。這種干細(xì)胞可以終生增殖和分化,，產(chǎn)生淋巴細(xì)胞和骨髓細(xì)胞。骨髓源性干細(xì)胞能夠分化成各種細(xì)胞：脂肪細(xì)胞,、軟骨細(xì)胞,、成骨細(xì)胞,、肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞,、心肌細(xì)胞和神經(jīng)元,。在生長期和成熟的哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)有一種未分化的，可以產(chǎn)生多種子代的細(xì)胞,，稱為神經(jīng)干細(xì)胞(NSC),。神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)和其廣泛的發(fā)展前景也極大的激起了研究者的興趣。利用神經(jīng)干細(xì)胞的這種可塑性（即人們常說的nestin positive cells）可以產(chǎn)生出一個(gè)譜系,，并且可以在神經(jīng)移植上派上用場,，比如替代受傷后或神經(jīng)退行性變后的神經(jīng)組織。來源于上皮和脂肪組織的多能干細(xì)胞也在被逐步認(rèn)識(shí),。因?yàn)闈撛诘膫惱韺W(xué)問題和組織相容性問題,，自體成人干細(xì)胞移植將會(huì)成為今后組織工程戰(zhàn)略中很有希望的方向。但是成人干細(xì)胞能否和胚胎干細(xì)胞一樣的有效,，依然不能定論,。臍帶血(UCB)可能是替代骨髓或外周血作為HSC的一個(gè)有效來源。關(guān)于臍帶血干細(xì)胞的特性和應(yīng)用潛力,，目前還在廣泛的試驗(yàn)當(dāng)中,。
分離
理想情況下，一種真正的干細(xì)胞系在體外處理前必須在體內(nèi)環(huán)境下來鑒別出來,。但是,，目前大多數(shù)分離干細(xì)胞的工作都是在體外模擬環(huán)境中進(jìn)行的。體外分離技術(shù)是建立在對細(xì)胞表面標(biāo)記物的識(shí)別基礎(chǔ)上,。已經(jīng)用來純化干細(xì)胞的標(biāo)記包括CD34,、AC133、STRO-1,、神經(jīng)營養(yǎng)受體p7520等,。分離方法包括熒光標(biāo)記細(xì)胞分選、免疫磁分離和免疫吸附柱分離,。最近發(fā)現(xiàn)了一些新奇的細(xì)胞標(biāo)記物陰性的干細(xì)胞,，因此有些人對使用單一細(xì)胞標(biāo)記物來分離干細(xì)胞提出了一些異議。例如,，細(xì)胞膜上的CD34表達(dá)并不總和干細(xì)胞的活動(dòng)有關(guān),。在小鼠身上有大量靜止的干細(xì)胞系，它們?nèi)狈D34的表達(dá),，但是卻擁有完全的再建能力,。一種類似的靜止CD34陰性的造血干細(xì)胞也在人體上被發(fā)現(xiàn)。因此,，利用某些特定成熟細(xì)胞的表面標(biāo)記物來去除成熟細(xì)胞而保留干細(xì)胞的方法將會(huì)在未來占據(jù)更大的優(yōu)勢,。
擴(kuò)增
為克服干細(xì)胞數(shù)目少的局限性,研究人員致力于開發(fā)干細(xì)胞體外擴(kuò)增技術(shù).然而,要使干細(xì)胞在長期擴(kuò)增中保持未分化狀態(tài)和多系分化潛能,研究人員尚面臨著巨大挑戰(zhàn)。含已知細(xì)胞因子和生長因子的無基質(zhì)無血清體外培養(yǎng)物最終目的是應(yīng)用于臨床,而造血細(xì)胞在臨床上有廣泛應(yīng)用前景,。目前科學(xué)家已成功開發(fā)體外培養(yǎng)人造血干細(xì)胞(HSC)技術(shù)以獲得大量HSC,。IL-3,、干細(xì)胞因子(SCF)和Flt-3配體(FL)具有早期效應(yīng)和細(xì)胞系非特異性造血刺激功能, 因而在干細(xì)胞擴(kuò)增中頗受青睞。但目前為止,還沒有獲得這方面HSC體外擴(kuò)增的確鑿證據(jù),。在加入FL,、TPO(thrombopoietin) 、IL-6 和IL-11條件下,臍血HSC得以最大程度地?cái)U(kuò)增,。PDGF-BB和EGF則使人BMSC最大程度地?cái)U(kuò)增,。神經(jīng)元祖細(xì)胞已從人皮質(zhì)培養(yǎng)物中成功分離,并在EGF和FGF-2條件下擴(kuò)增,200天不到的時(shí)間內(nèi)細(xì)胞數(shù)增加了150萬倍。過去十年內(nèi)這些體外干細(xì)胞和祖細(xì)胞擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)的開展歸功于重組細(xì)胞因子和細(xì)胞篩選技術(shù)的進(jìn)展,因此,發(fā)現(xiàn)新細(xì)胞因子和已有細(xì)胞因子的新功能可促進(jìn)干細(xì)胞擴(kuò)增研究,。另外, 系統(tǒng)性分析生長因子受體的表達(dá)有助于設(shè)計(jì)干細(xì)胞體外擴(kuò)增培養(yǎng)的新方法.
干細(xì)胞能增殖并產(chǎn)生其它干細(xì)胞,也能分化為各種祖細(xì)胞,進(jìn)而發(fā)育為特定細(xì)胞系的成熟細(xì)胞.
分化
干細(xì)胞研究的主要方向是使之分化為一個(gè)特定的目標(biāo)細(xì)胞群,近年來有大量關(guān)于體外和體內(nèi)干細(xì)胞分化為各類型成熟細(xì)胞的報(bào)道(圖1).其中控制干細(xì)胞分化的細(xì)胞外信號(hào)之一是生長和分化因子的分泌. TGF-β家族成員對胚胎干細(xì)胞和神經(jīng)原干細(xì)胞的分化有明顯的導(dǎo)向效應(yīng). Wnt家族成員也在干細(xì)胞分化中發(fā)揮重要作用,但由于不能純化Wnt功能蛋白,使得進(jìn)一步研究其具體功能受到限制,。除了分泌因子外,膜蛋白和細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成了決定干細(xì)胞分化的微環(huán)境。
曾有體外ES細(xì)胞分化實(shí)驗(yàn)證明:使用FGF-2,、 VitC,、SHH(sonic hedgehog) 和FGF-8能從小鼠ES細(xì)胞獲得大量多巴胺能和5-羥色氨能神經(jīng)元。也有體內(nèi)和體外從小鼠ES細(xì)胞分離胰島素表達(dá)細(xì)胞的報(bào)道,。這些研究表明了在一定條件下從ES細(xì)胞獲取具有一定功能的成熟細(xì)胞的可行性,。同時(shí)這些實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀兄谘芯颗两鹕暇C合癥和糖尿病等疾病發(fā)病的分子機(jī)制和治療方案。還有體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)證明, 某一組織來源的成人干細(xì)胞可以被誘導(dǎo)分化為另一種組織,。這些發(fā)現(xiàn)說明在特異的環(huán)境下,組織特異性成人干細(xì)胞和ES細(xì)胞并無本質(zhì)區(qū)別,。
鑒別和分離干細(xì)胞的一些常用標(biāo)志
當(dāng)干細(xì)胞更適合作為一種功能學(xué)上的概念時(shí)，一些分子標(biāo)志物已經(jīng)被用來給不同的干細(xì)胞群體定性,。盡管這些早期標(biāo)志物的作用還有待確定,，細(xì)胞獨(dú)特的隨發(fā)展階段而變化的表面標(biāo)志為初步鑒定并分離干細(xì)胞提供了有用的工具。現(xiàn)總結(jié)以下標(biāo)記物單獨(dú)或聯(lián)合應(yīng)用于干細(xì)胞研究以鑒別和分離細(xì)胞:
胚胎干細(xì)胞標(biāo)記物:Oct-4 ,SSEAs (特異性胚胎抗原)
造血干細(xì)胞標(biāo)記物:CD34,CD133,Sca-1 (干細(xì)胞抗原1, Ly-6A/E), ABCG2 (ATP-binding cassette superfamily G member 2)
間質(zhì)/基質(zhì)干細(xì)胞標(biāo)記物 : STRO-1
神經(jīng)干細(xì)胞標(biāo)記物：Nestin, PSA-NCAM (多唾液酸-神經(jīng)元黏附分子), p75 Neurotrophin R (NTR)
