简介
胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）是指当受精卵分裂发育成囊胚时内细胞团（Inner Cell Mass）的细胞，它具有体外培养无限增殖、自我更新和多向分化的特性。无论在体外还是体内环境，ES细胞都能被诱导分化为机体几乎所有的细胞类型。
胚胎干细胞（ES细胞）是一种高度未分化细胞。它具有发育的全能性，能分化出成体动物的所有组织和器官，包括生殖细胞。研究和利用ES细胞是当前生物工程领域的核心问题之一。ES细胞的研究可追溯到20世纪五十年代，由于畸胎瘤干细胞（EC细胞）的发现开始了ES细胞的生物学研究历程。
形态学特征
ES细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态结构，细胞核大，有一个或几个核仁，胞核中多为常染色质，胞质胞浆少，结构简单。体外培养时，细胞排列紧密，呈集落状生长。用碱性磷酸酶染色，ES细胞呈棕红色，而周围的成纤维细胞呈淡黄色。细胞克隆和周围存在明显界限，形成的克隆细胞彼此界限不清，细胞表面有折光较强的脂状小滴。细胞克隆形态多样，多数呈岛状或巢状。小鼠ES细胞的直径7μm～18μm，猪、牛、羊ES细胞的颜色较深，直径12μm～18μm。
特性
①胚胎干细胞具有多向分化潜能和发育的全能性，可长期增殖培养并保持高度未分化状态。
②可在体外培养条件下建立稳定的细胞系，并保持稳定的二倍体核型，在体外长时间培养、诱导分化后，仍能分化形成3种胚胎生殖层。
③胚胎干细胞具有种系传递功能。若将其与受者囊胚混合后，可形成嵌合体或嵌合动物，结合基因工程技术，可以克隆出大量优质转基因生物。
④胚胎干细胞在体外可以进行遗传及改造操作，包括基因重组、诱导基因突变、转基因动物等方面。
来源
胚胎干细胞的来源一般有5方面：①囊胚的内细胞团细胞；②胚胎生殖嵴处的胚胎生殖细胞；③终止妊娠的胎儿组织中分离出多能干细胞；④在体外用体细胞核转移技术获得胚胎干细胞；⑤从恶性胚胎肿瘤或畸胎瘤细胞获得。
体外培养
在胚胎干细胞的培养过程中，用于分离和培养胚胎干细胞的体外培养系统必须能够促进胚胎干细胞增殖并保持胚胎干细胞处于未分化状态。胚胎干细胞培养方法包括有饲养层培养法和无饲养层培养法，大多数胚胎干细胞都是饲养层依赖的。常用的饲养层细胞有鼠胚成纤维细胞和STO细胞株，这两种饲养层在贴壁能力和内细胞团增殖上无显著的差异，但在促进胚胎干细胞集落的形成和生长方面，鼠胚成纤维细胞明显优于STO细胞系。有研究人员用小鼠胚胎成纤维细胞（SNL）、兔胚胎成纤维细胞（REF）、兔肾脏成纤维细胞（RRF）作为饲养层饲养小鼠胚胎干细胞和兔囊胚，结果兔胚胎成纤维细胞能维持小鼠胚胎干细胞的未分化状态及促进兔囊胚内细胞团聚集生长，可以作为胚胎干细胞的饲养层细胞。同时在胚胎干细胞培养液中加入一些细胞因子，如白血病抑制因子（LIF），可使胚胎干细胞在未分化的状态下长期培养，若将白血病抑制因子基因转入胚胎干细胞，可使其不依赖于外源性白血病抑制因子，并可保持胚胎干细胞的多向分化潜能。
应用
- 作为生产克隆动物的高效材料
胚胎干细胞可以无限传代和增殖而不失去其基因型和表现型，以其作为核供体进行核移植后在短期内可获得大量基因型和表现型完全相同的个体。
- 生产转基因动物的高效载体
利用胚胎干细胞作载体使外源基因的整合筛选等工作能在细胞水平上进行，使操作简便可靠。从鼠囊胚内细胞团ES细胞，培养后作为转基因受体。转基因后经培养鉴定，选取阳性ES细胞，并重新注入代理母亲囊胚的内细胞团中，发育后获得嵌合体，经杂交筛选可获得转基因纯种种。
- 发育生物学研究的理想体外模型
通过比较胚胎干细胞不同发育阶段基因转录和表达，可确定胚胎发育及细胞分化的分子机制，并发现新基因。
- 新型药物的发现筛选
利用胚胎干细胞体外分化的细胞组织检验筛选新药，可大大减少实验动物及人群数量，加快了组织工程（histological engineering）的发展。
研究进展
自1981年Evans和Kaufman首次成功分离小鼠ES细胞，国内外研究人员已在仓鼠、大鼠、兔、猪、牛、绵羊、山羊、水貂、恒河猴、美洲长尾猴以及人类都分离获得了ES细胞，而且已经证明小鼠ES细胞可以分化为心肌细胞、造血细胞、卵黄囊细胞、骨髓细胞、平滑肌细胞、脂肪细胞、软骨细胞、成骨细胞、内皮细胞、黑色素细胞、神经细胞、神经胶质细胞、少突胶质细胞、淋巴细胞、胰岛细胞、滋养层细胞等。人类ES细胞也可以分化为滋养层细胞、神经细胞、神经胶质细胞、造血细胞、心肌细胞等。ES细胞不仅可以作为体外研究细胞分化和发育调控机制的模型，而且还可以作为一种载体，将通过同源重组产生的基因组的定点突变导入个体，更重要的是，ES细胞将会给人类移植医学带来一场革命。
目前许多研究工作都是以小鼠ES细胞为研究对象展开的，如：德美医学小组在2009年成功的向试验鼠体内移植了由ES细胞培养出的神经胶质细胞。此后，密苏里的研究人员通过鼠胚细胞移植技术，使瘫痪的猫恢复了部分肢体活动能力。
据日本共同社2013年5月16日报道，美国俄勒冈健康科学大学研究员立花真仁等的研究小组15日在美国科学期刊《细胞》（Cell）网络版上发表文章，宣布已使用“体细胞克隆技术”，向女性提供的卵细胞内植入他人皮肤细胞的细胞核，首次成功制作了能够分化成各种组织的胚胎干细胞（ES细胞）。
研究与争议
胚胎干细胞研究在美国一直是一个颇具争议的领域，支持者认为这项研究有助于根治很多疑难杂症，是一种挽救生命的慈善行为，是科学进步的表现。而反对者则认为，进行胚胎干细胞研究就必须破坏胚胎，而胚胎是人尚未成形时在子宫的生命形式。
因此，如果支持进行胚胎干细胞研究就等于是怂恿他人“扼杀生命”，是不道德的，违反伦理的。
布什坚决反对
美国参议院在2006年7月17日就增加政府对胚胎干细胞研究经费拨款的议案进行了辩论。新法案要求，增加联邦政府用于干细胞研究的经费，用于对那些将被遗弃的、处于冷冻状态的临床胚胎进行胚胎干细胞研究。当天进行的辩论可谓相当激烈，正反双方都带着强烈的感情色彩讨论这一议案的利弊。不过，从现在的情形看来，参议院通过此项法案的难度不大。
但让很多人头痛的是总统布什的态度。布什此前已经表示，如果这项议案在参议院获得通过，他将不惜动用总统否决权来阻挠议案付诸实施。17日，白宫再次发表了类似声明，称“他（总统）将对议案行使否决权”。
科学家过去研究胚胎干细胞，都必须在胚胎上“大动手脚”，有人认为这样做就牺牲了胚胎，即间接牺牲了一个未来的小生命，所以惹来了很多伦理上的反对和斥责。白宫的声明说：“这项议案将强迫美国的纳税人为人类胚胎干细胞研究提供经济支持，而我们不应使用公众的钱来支持摧毁生命的行为。”
当然，布什也有很多同盟军，他们也都认为，胚胎是一个未来的生命，不能因为进行科学研究而扼杀生命。再者说，对胚胎干细胞的研究现在还只是停留在最初阶段，距离临床试验还有很长一段路要走，更不用说用于治疗疾病了。“我们不能仅仅因为有的胚胎不能发育成生命就残忍地在它们上面做试验。”共和党参议员吉姆·伯恩宁说。“有谁知道在这一研究领域取得实质性进展之前需要破坏多少胚胎呢？”
支持者据理力争
支持者，特别是一些温和派的共和党人认为，美国人民需要扩大干细胞研究。他们指出，根据自愿的原则，利用一些废弃的胚胎扩大干细胞研究是为美国人所做的正确的事情。干细胞研究被认为是找到老年性痴呆症、帕金森症等神经和大脑疾病新疗法的希望。
前美国第一夫人南希·里根就是一位积极推动此议案形成的热心人士。她的丈夫、前总统里根2004年死于阿尔茨海默氏痴呆症，而如果干细胞研究取得突破，这种疾病以后就有望治愈。“她依然在为此事而到处奔波。”民主党参议员埃德华德·肯尼迪说。“我们都知道，正是由于她的努力，这项议案才有今天，也才有可能取得一个理想的结果。”
参议院司法委员会主席斯佩克特本人是一位癌症患者，而癌症也是一种可以依赖干细胞研究获得治疗的疾病，因此，他也是此议案的拥趸之一。他还把这项议案的反对者比喻作阻挠科学车轮前进的阻力，称他们是“愚蠢的，不理智的，绝对荒谬的。”
而参议院多数党领袖弗里斯特也持有这种观点。他说：“我们将团结起来，使得科学在伦理道德的界限之内继续前进。”
2006年7月19日，美国总统布什上任5年来首次动用总统否决权，否决了参议院一项旨在资助胚胎干细胞研究的提案，此举引起了社会各界的广泛争论和关注。与此相对的是，7月24日，欧盟25国负责科研的部长在布鲁塞尔开会决定，将继续资助欧盟科研人员有限度地开展人类干细胞研究。道德层面的争议已经成为制约干细胞研究的瓶颈，科学与伦理再次成为对立的两方。
研究获法律支持
美国一家联邦上诉法院2011年4月29日作出裁决，允许美国联邦政府继续资助人类胚胎干细胞研究。这是美国人类胚胎干细胞研究支持者取得的一个重要阶段性胜利。
哥伦比亚特区巡回上诉法院当天在裁决书中宣布，撤销美国一地方法院法官去年发布的人类胚胎干细胞研究临时禁令。判决书还认为，联邦资金资助人类胚胎干细胞研究似乎并不违反美国相关法律。
去年8月23日，哥伦比亚特区地方法院法官罗伊斯·兰伯思针对两位美国干细胞研究人员提起的诉讼发布临时禁令，以违反法律等为由禁止联邦资金资助人类胚胎干细胞研究。兰伯思认为，国会曾经通过的一份修正案 “明确禁止”用联邦资金资助所有需要破坏人类胚胎的研究，而所有人类胚胎干细胞研究都会包含破坏胚胎的步骤，因此美国国家卫生研究院颁布的人类胚胎干细胞研究规范违反了该修正案。
但哥伦比亚特区巡回上诉法院在最新裁决中指出，上述修正案存在“模糊”之处，美国国家卫生研究院有理由认为，该修正案虽然禁止从胚胎中提取干细胞的破坏性行为，但并未禁止联邦资金资助那些仅使用人类胚胎干细胞的研究项目。上诉法院据此宣布兰伯思去年发布的临时禁令无效。
美国白宫一名发言人当天表示，上诉法院的裁决对美国科学家和全世界的患者来说是一个“胜利”，患者们将会从干细胞研究所带来的医学突破中受益。
人类胚胎干细胞研究在美国颇受争议。2001年，美国前任总统布什规定联邦资金仅准许用于资助已经存在的胚胎干细胞研究。现任总统奥巴马2009年通过行政命令解除了上述限制，美国国家卫生研究院随之于当年出台胚胎干细胞研究规范。
争议正式结束
美国联邦最高法院今天驳回了要求禁止美国政府资助人类胚胎干细胞（human embryonic stem cells，简称hESCs）相关研究的诉讼。这一决定结束了一场长期围绕人类胚胎干细胞研究的法律斗争。三年多来，该斗争已经使得人类胚胎干细胞研究蒙上了一层阴影。胚胎干细胞领域的研究者这次理应欢呼了。
研究新方向
由于胚胎干细胞在医学应用上存在着免疫排斥以及伦理窘境等壁垒，科学家正在尝试其他途径代替胚胎干细胞。科学家试图通过细胞重编程的方法让病人的体细胞转化为干细胞供自身使用，主要的几个分支包括细胞核移植，患者体细胞与供体胚胎干细胞的细胞融合，以及诱导多能干细胞。其中诱导多能干细胞在近五年内新兴并迅速得到学术界的高度关注。
