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幹細胞（stem cells）的研究是近幾年來相當熱門的主題。它曾經被著名的學術期刊「科學」（science）選定為1999年的「年度突破」。在深入此一領域之前，必須先了解何謂幹細胞？什麼是豐富潛能幹細胞（pluripotent stem cells）？豐富潛能幹細胞的來源，在科學上的重要性及在健康照護體系中所提供的遠景？以及，何謂成人幹細胞（Adult stem cells）？
解讀「幹細胞」
幹細胞充滿著無限的可能，它得以經培養過程而不斷進行細胞分裂至無窮盡的週期，並產製各式各樣特異細胞。我們可以用正常人類胚胎發展過程來解釋此一現象。當精子與卵子結合形成單一細胞的受精卵再發展成整個個體；受精卵即代表完整潛能（totipotent）。在受精後幾小時，此一細胞分裂成更多的同質完整潛能細胞（indentical totipotent cells）。將其中的任何一個細胞置入婦女子宮內，都有發育成完整胎兒的潛能（例如同卵雙胞胎）。約在受精後四天，歷經幾次細胞分裂週期後，這些完整潛能細胞開始特異化，形成中空球狀體，即胚囊（blastocyst）。胚囊包括外層細胞及內襯於其下的內細胞質塊（inner cell mass）。
外層細胞將繼續形成胎盤及其他支撐組織以備胚胎在子宮內發育之需。而內細胞質塊的細胞則繼續發育形成人體所有組織。然而內細胞質塊並不能構築成為一個完整的人類個體，把它們置入婦女子宮內也不可能發育成胚胎，因為它們缺乏胎盤及支撐組織。內細胞質塊即具有豐富潛能（pluripotent）—它們可能發育成許多種類細胞而非全部細胞，故不屬於完整潛能（totipotent）亦非完整胚胎（embryos）。豐富潛能幹細胞進一步分化成具有特殊功能的幹細胞，例如血液幹細胞（製造紅血球、白血球、血小板）；皮膚幹細胞（製造各式皮膚細胞）。這些更分化的細胞被稱為具有多重潛能（multipotent）。
在人類早期發育過程中，幹細胞扮演格外重要角色，故多重潛能幹細胞也可在兒童及成人身上被發現。以我們瞭解最透徹的血液幹細胞為例，它們除了存在於兒童及成人的骨髓外，極少數也可在血液循環中被發現。血液幹細胞扮演著重要健康維護者角色，隨時補充人體所需的血球—紅血球、白血球及血小板—終其一生。人類不可能缺血液幹細胞而活。
豐富潛能幹細胞的起源
迄今為止，人類的豐富潛能幹細胞有二個重要的研究來源。(1)美國威斯康辛大學醫學中心Dr. Thomson研究小組，其豐富潛能幹細胞直接分離自胚囊期人類胚胎的內細胞質塊。這些胚胎來自於不孕症患者接受體外受精（IVF）後過剩的胚胎。經捐贈者夫婦同意後Dr. Thomson分離出胚胎的內細胞質塊培養產生豐富潛能幹細胞源。(2)相對的，約翰霍浦斯金醫學中心Dr. Gearhart研發的豐富潛能幹細胞，則是在取得捐贈者同意後，從妊娠中止的胎兒取出其卵巢或睪丸組織進一步培養而成。雖然來源不同，Dr. Gearhart’s實驗室及Dr. Thomson’s實驗室的幹細胞特性卻相當類似。
體細胞核轉移（somatic cell nuclear transfer, SCNT）是分離豐富潛能幹細胞的另一種方式。SCNT的動物實驗中，研究者把正常動物卵細胞的細胞核取出，加入營養液在培養基內培養，接著在嚴密的實驗室條件下，把體細胞置入培養皿中的卵細胞旁，讓二者融合為一，此一融合細胞即具有完全的細胞特性，也就是完整潛能。這些完整潛能細胞不久後會發育成一個胚囊。取出這個胚囊的內細胞質塊，在理論上也會發育成一系列的豐富潛能幹細胞源。除此之外，所有可能以人為方式製成的胚囊都可以是豐富潛能幹細胞的來源。
豐富潛能幹細胞的應用
豐富潛能幹細胞的研究在科學及醫學發展上具有重要的意義。基本上，豐富潛能幹細胞讓我們更了解人類發展過程中的複雜機制。其中一個關鍵性的工作是確認出細胞分化過程中參與細胞決策制定（decision-making）的主要因素。我們知道基因開與關是導致細胞分化的核心，但現今科學界仍不清楚基因為何開、為何關，也不明白「決策制定」基因的真相。現今人類最大的二大威脅—癌症與畸形，都是由於細胞分化或細胞分裂異常所致。了解正常細胞運作過程，即可進一步明白疾病發生的機轉。
人類豐富潛能幹細胞研究另一個貢獻是改變新藥開發及藥物安全測試的觀念。爾後新藥開發後必須經過各種幹細胞源的試驗確認其安全性及治療效益，才有可能進一步實施動物及人體試驗。
人類豐富潛能幹細胞在醫學上最受期待的是利用其源源不斷複製的細胞或組織進行所謂的「細胞治療」（Cell therapies）。許多疾病導源於細胞功能喪失，或組織破壞所致，而必須使用捐贈器官或組織作替代性治療。但是在需求者遠多於捐贈者情況下，許多患者往往不得如願。而經由人類豐富潛能幹細胞源發展出各式各樣的細胞則成為細胞及組織補充療法的新來源，因此而受惠的疾病包括：巴金森症、阿茲海默症、脊柱損傷、中風、燒傷、心臟病、糖尿病、骨關節炎、類風濕性關節炎。細胞治療進入臨床運用之前，仍有幾項須克服的難題。
其一，我們必須先進行臨床研究，了解人體內細胞分化的機制，以便控制或選擇適當的豐富潛能幹細胞，驅使它們複製分裂出臨床上所需要的組織或器官。
其次，進行細胞移植前必須克服組織排斥的問題。豐富潛能幹細胞遺傳本質與原來胚胎或胎兒組織無異，移植後接受者往往會出現免疫排斥現象。未來研究方向包括修飾人類豐富潛能幹細胞降低其組織不相容性，或設立「組織銀行」以提供多樣化的免疫配對選擇。
體細胞核轉移（SCNT）則是解決組織不相容的另一種方式。例如，把心臟病患者體細胞與已摘除細胞核的捐贈者卵細胞融合，形成胚囊，再進一步利用由內細胞質塊發展出的豐富潛能幹細胞形成的心肌細胞，由於細胞核來自患者本身，因此作心肌移植時自然不會有排斥作用的產生。
成人幹細胞
多重潛能幹細胞可於部份成年人組織中被發現。事實上，人體必須靠某些幹細胞源源不斷地補充更新，例如血液幹細胞。並非所有的多重潛能幹細胞皆可於所有種類的成人組織中被發現，但是這方面的相關研究愈來愈多樣化。以往認為成年人的神經系統沒有幹細胞，但最近的動物實驗卻已發現神經幹細胞的存在。在人類，神經幹細胞則在胚胎組織及部份癲癇症患者接受手術切除的檢體被發現。
另外，在動物實驗中也發現成人幹細胞具有比以往想像更多的發展潛能。例如，把神經幹細胞置入骨髓，可產生各式各樣的血液細胞或肝細胞；也就是控制特定條件後，得以令多重潛能幹細胞朝另一個方向發展。
在細胞治療方面，假如我們能從患者身上分離出成人幹細胞，控制其分化方向，然後再移植回患者體內，除了達到治療效果外，也可避免免疫排斥現象產生。一旦以上所描述的情況成為事實，則因使用人類胚胎細胞、人類胎兒組織所產生的道德及法律的爭議可完成消瀰於無形。
然而，在現實的條件下，成人幹細胞的臨床應用仍未能實現。首先，主要理由在於，並非所有組織的成人幹細胞都可在人體內被分離出。例如，人類成人心臟幹細胞及成人胰島幹細胞尚未被定位出。
其次是，成人幹細胞出現的量甚少，很難加以分離或純化，而且其數量隨著年齡而遞減。對某些急性疾病而言，欲純化及培養某種己身的成人幹細胞用以治療，倒是緩不濟急的。對遺傳性疾病的治療而言，使用自己的成人幹細胞，其細胞內也含有相同的遺傳缺陷。
此外，年齡愈大的成年人取出的成人幹細胞，其潛能較自年輕人身上取出者更差。而隨著年齡增長，成人幹細胞由於日照，毒物暴露等因素，產生DNA的異常機率較高。凡此種種皆限制了成人幹細胞的用途。
結論
人類幹細胞的新治療領域，距離臨床應用，仍有一段漫長的時程有待克服。科學界及科學家的當務之急是找出最佳的幹細胞來源。一旦確定來源，無論其出處，則可發展出新的「細胞療法」。
幹細胞源的研發，無論是豐富潛能或者是多重潛能，二者皆足以產生相當多的人體組織，這不可不謂之為科學上的一大突破。這也是增進人類生命品質及期限的第三波醫藥革命的基礎動力。 |
