簡介
胚胎幹細胞（embryonic stem cells，ESCs）是指當受精卵分裂發育成囊胚時内細胞團（Inner Cell Mass）的細胞，它具有體外培養無限增殖、自我更新和多向分化的特性。無論在體外還是體内環境，ES細胞都能被誘導分化為機體幾乎所有的細胞類型。
胚胎幹細胞（ES細胞）是一種高度未分化細胞。它具有發育的全能性，能分化出成體動物的所有組織和器官，包括生殖細胞。研究和利用ES細胞是當前生物工程領域的核心問題之一。ES細胞的研究可追溯到20世紀五十年代，由于畸胎瘤幹細胞（EC細胞）的發現開始了ES細胞的生物學研究曆程。
形态學特征
ES細胞具有與早期胚胎細胞相似的形态結構，細胞核大，有一個或幾個核仁，胞核中多為常染色質，胞質胞漿少，結構簡單。體外培養時，細胞排列緊密，呈集落狀生長。用堿性磷酸酶染色，ES細胞呈棕紅色，而周圍的成纖維細胞呈淡黃色。細胞克隆和周圍存在明顯界限，形成的克隆細胞彼此界限不清，細胞表面有折光較強的脂狀小滴。細胞克隆形态多樣，多數呈島狀或巢狀。小鼠ES細胞的直徑7μm～18μm，豬、牛、羊ES細胞的顔色較深，直徑12μm～18μm。
特性
①胚胎幹細胞具有多向分化潛能和發育的全能性，可長期增殖培養并保持高度未分化狀态。
②可在體外培養條件下建立穩定的細胞系，并保持穩定的二倍體核型，在體外長時間培養、誘導分化後，仍能分化形成3種胚胎生殖層。
③胚胎幹細胞具有種系傳遞功能。若将其與受者囊胚混合後，可形成嵌合體或嵌合動物，結合基因工程技術，可以克隆出大量優質轉基因生物。
④胚胎幹細胞在體外可以進行遺傳及改造操作，包括基因重組、誘導基因突變、轉基因動物等方面。
來源
胚胎幹細胞的來源一般有5方面：①囊胚的内細胞團細胞；②胚胎生殖嵴處的胚胎生殖細胞；③終止妊娠的胎兒組織中分離出多能幹細胞；④在體外用體細胞核轉移技術獲得胚胎幹細胞；⑤從惡性胚胎腫瘤或畸胎瘤細胞獲得。
體外培養
在胚胎幹細胞的培養過程中，用于分離和培養胚胎幹細胞的體外培養系統必須能夠促進胚胎幹細胞增殖并保持胚胎幹細胞處于未分化狀态。胚胎幹細胞培養方法包括有飼養層培養法和無飼養層培養法，大多數胚胎幹細胞都是飼養層依賴的。常用的飼養層細胞有鼠胚成纖維細胞和STO細胞株，這兩種飼養層在貼壁能力和内細胞團增殖上無顯著的差異，但在促進胚胎幹細胞集落的形成和生長方面，鼠胚成纖維細胞明顯優于STO細胞系。有研究人員用小鼠胚胎成纖維細胞（SNL）、兔胚胎成纖維細胞（REF）、兔腎髒成纖維細胞（RRF）作為飼養層飼養小鼠胚胎幹細胞和兔囊胚，結果兔胚胎成纖維細胞能維持小鼠胚胎幹細胞的未分化狀态及促進兔囊胚内細胞團聚集生長，可以作為胚胎幹細胞的飼養層細胞。同時在胚胎幹細胞培養液中加入一些細胞因子，如白血病抑制因子（LIF），可使胚胎幹細胞在未分化的狀态下長期培養，若将白血病抑制因子基因轉入胚胎幹細胞，可使其不依賴于外源性白血病抑制因子，并可保持胚胎幹細胞的多向分化潛能。
應用
- 作為生産克隆動物的高效材料
胚胎幹細胞可以無限傳代和增殖而不失去其基因型和表現型，以其作為核供體進行核移植後在短期内可獲得大量基因型和表現型完全相同的個體。
- 生産轉基因動物的高效載體
利用胚胎幹細胞作載體使外源基因的整合篩選等工作能在細胞水平上進行，使操作簡便可靠。從鼠囊胚内細胞團ES細胞，培養後作為轉基因受體。轉基因後經培養鑒定，選取陽性ES細胞，并重新注入代理母親囊胚的内細胞團中，發育後獲得嵌合體，經雜交篩選可獲得轉基因純種種。
- 發育生物學研究的理想體外模型
通過比較胚胎幹細胞不同發育階段基因轉錄和表達，可确定胚胎發育及細胞分化的分子機制，并發現新基因。
- 新型藥物的發現篩選
利用胚胎幹細胞體外分化的細胞組織檢驗篩選新藥，可大大減少實驗動物及人群數量，加快了組織工程（histological engineering）的發展。
研究進展
自1981年Evans和Kaufman首次成功分離小鼠ES細胞，國内外研究人員已在倉鼠、大鼠、兔、豬、牛、綿羊、山羊、水貂、恒河猴、美洲長尾猴以及人類都分離獲得了ES細胞，而且已經證明小鼠ES細胞可以分化為心肌細胞、造血細胞、卵黃囊細胞、骨髓細胞、平滑肌細胞、脂肪細胞、軟骨細胞、成骨細胞、内皮細胞、黑色素細胞、神經細胞、神經膠質細胞、少突膠質細胞、淋巴細胞、胰島細胞、滋養層細胞等。人類ES細胞也可以分化為滋養層細胞、神經細胞、神經膠質細胞、造血細胞、心肌細胞等。ES細胞不僅可以作為體外研究細胞分化和發育調控機制的模型，而且還可以作為一種載體，将通過同源重組産生的基因組的定點突變導入個體，更重要的是，ES細胞将會給人類移植醫學帶來一場革命。
目前許多研究工作都是以小鼠ES細胞為研究對象展開的，如：德美醫學小組在2009年成功的向試驗鼠體内移植了由ES細胞培養出的神經膠質細胞。此後，密蘇裡的研究人員通過鼠胚細胞移植技術，使癱瘓的貓恢複了部分肢體活動能力。
據日本共同社2013年5月16日報道，美國俄勒岡健康科學大學研究員立花真仁等的研究小組15日在美國科學期刊《細胞》（Cell）網絡版上發表文章，宣布已使用“體細胞克隆技術”，向女性提供的卵細胞内植入他人皮膚細胞的細胞核，首次成功制作了能夠分化成各種組織的胚胎幹細胞（ES細胞）。
研究與争議
胚胎幹細胞研究在美國一直是一個頗具争議的領域，支持者認為這項研究有助于根治很多疑難雜症，是一種挽救生命的慈善行為，是科學進步的表現。而反對者則認為，進行胚胎幹細胞研究就必須破壞胚胎，而胚胎是人尚未成形時在子宮的生命形式。
因此，如果支持進行胚胎幹細胞研究就等于是慫恿他人“扼殺生命”，是不道德的，違反倫理的。
布什堅決反對
美國參議院在2006年7月17日就增加政府對胚胎幹細胞研究經費撥款的議案進行了辯論。新法案要求，增加聯邦政府用于幹細胞研究的經費，用于對那些将被遺棄的、處于冷凍狀态的臨床胚胎進行胚胎幹細胞研究。當天進行的辯論可謂相當激烈，正反雙方都帶着強烈的感情色彩讨論這一議案的利弊。不過，從現在的情形看來，參議院通過此項法案的難度不大。
但讓很多人頭痛的是總統布什的态度。布什此前已經表示，如果這項議案在參議院獲得通過，他将不惜動用總統否決權來阻撓議案付諸實施。17日，白宮再次發表了類似聲明，稱“他（總統）将對議案行使否決權”。
科學家過去研究胚胎幹細胞，都必須在胚胎上“大動手腳”，有人認為這樣做就犧牲了胚胎，即間接犧牲了一個未來的小生命，所以惹來了很多倫理上的反對和斥責。白宮的聲明說：“這項議案将強迫美國的納稅人為人類胚胎幹細胞研究提供經濟支持，而我們不應使用公衆的錢來支持摧毀生命的行為。”
當然，布什也有很多同盟軍，他們也都認為，胚胎是一個未來的生命，不能因為進行科學研究而扼殺生命。再者說，對胚胎幹細胞的研究現在還隻是停留在最初階段，距離臨床試驗還有很長一段路要走，更不用說用于治療疾病了。“我們不能僅僅因為有的胚胎不能發育成生命就殘忍地在它們上面做試驗。”共和黨參議員吉姆·伯恩甯說。“有誰知道在這一研究領域取得實質性進展之前需要破壞多少胚胎呢？”
支持者據理力争
支持者，特别是一些溫和派的共和黨人認為，美國人民需要擴大幹細胞研究。他們指出，根據自願的原則，利用一些廢棄的胚胎擴大幹細胞研究是為美國人所做的正确的事情。幹細胞研究被認為是找到老年性癡呆症、帕金森症等神經和大腦疾病新療法的希望。
前美國第一夫人南希·裡根就是一位積極推動此議案形成的熱心人士。她的丈夫、前總統裡根2004年死于阿爾茨海默氏癡呆症，而如果幹細胞研究取得突破，這種疾病以後就有望治愈。“她依然在為此事而到處奔波。”民主黨參議員埃德華德·肯尼迪說。“我們都知道，正是由于她的努力，這項議案才有今天，也才有可能取得一個理想的結果。”
參議院司法委員會主席斯佩克特本人是一位癌症患者，而癌症也是一種可以依賴幹細胞研究獲得治療的疾病，因此，他也是此議案的擁趸之一。他還把這項議案的反對者比喻作阻撓科學車輪前進的阻力，稱他們是“愚蠢的，不理智的，絕對荒謬的。”
而參議院多數黨領袖弗裡斯特也持有這種觀點。他說：“我們将團結起來，使得科學在倫理道德的界限之内繼續前進。”
2006年7月19日，美國總統布什上任5年來首次動用總統否決權，否決了參議院一項旨在資助胚胎幹細胞研究的提案，此舉引起了社會各界的廣泛争論和關注。與此相對的是，7月24日，歐盟25國負責科研的部長在布魯塞爾開會決定，将繼續資助歐盟科研人員有限度地開展人類幹細胞研究。道德層面的争議已經成為制約幹細胞研究的瓶頸，科學與倫理再次成為對立的兩方。
研究獲法律支持
美國一家聯邦上訴法院2011年4月29日作出裁決，允許美國聯邦政府繼續資助人類胚胎幹細胞研究。這是美國人類胚胎幹細胞研究支持者取得的一個重要階段性勝利。
哥倫比亞特區巡回上訴法院當天在裁決書中宣布，撤銷美國一地方法院法官去年發布的人類胚胎幹細胞研究臨時禁令。判決書還認為，聯邦資金資助人類胚胎幹細胞研究似乎并不違反美國相關法律。
去年8月23日，哥倫比亞特區地方法院法官羅伊斯·蘭伯思針對兩位美國幹細胞研究人員提起的訴訟發布臨時禁令，以違反法律等為由禁止聯邦資金資助人類胚胎幹細胞研究。蘭伯思認為，國會曾經通過的一份修正案 “明确禁止”用聯邦資金資助所有需要破壞人類胚胎的研究，而所有人類胚胎幹細胞研究都會包含破壞胚胎的步驟，因此美國國家衛生研究院頒布的人類胚胎幹細胞研究規範違反了該修正案。
但哥倫比亞特區巡回上訴法院在最新裁決中指出，上述修正案存在“模糊”之處，美國國家衛生研究院有理由認為，該修正案雖然禁止從胚胎中提取幹細胞的破壞性行為，但并未禁止聯邦資金資助那些僅使用人類胚胎幹細胞的研究項目。上訴法院據此宣布蘭伯思去年發布的臨時禁令無效。
美國白宮一名發言人當天表示，上訴法院的裁決對美國科學家和全世界的患者來說是一個“勝利”，患者們将會從幹細胞研究所帶來的醫學突破中受益。
人類胚胎幹細胞研究在美國頗受争議。2001年，美國前任總統布什規定聯邦資金僅準許用于資助已經存在的胚胎幹細胞研究。現任總統奧巴馬2009年通過行政命令解除了上述限制，美國國家衛生研究院随之于當年出台胚胎幹細胞研究規範。
争議正式結束
美國聯邦最高法院今天駁回了要求禁止美國政府資助人類胚胎幹細胞（human embryonic stem cells，簡稱hESCs）相關研究的訴訟。這一決定結束了一場長期圍繞人類胚胎幹細胞研究的法律鬥争。三年多來，該鬥争已經使得人類胚胎幹細胞研究蒙上了一層陰影。胚胎幹細胞領域的研究者這次理應歡呼了。
研究新方向
由于胚胎幹細胞在醫學應用上存在着免疫排斥以及倫理窘境等壁壘，科學家正在嘗試其他途徑代替胚胎幹細胞。科學家試圖通過細胞重編程的方法讓病人的體細胞轉化為幹細胞供自身使用，主要的幾個分支包括細胞核移植，患者體細胞與供體胚胎幹細胞的細胞融合，以及誘導多能幹細胞。其中誘導多能幹細胞在近五年内新興并迅速得到學術界的高度關注。
