干细胞是存在于人体的未分化细胞，它具有非凡的能力，能够分化（differentiate）成生物体内任何类型的细胞，同时还具备强大的自我更新能力。在成人和胚胎组织中都能找到干细胞的身影。在已分化的器官中，组织特异性干细胞（tissue-specific stem cells）对于器官损伤后的再生至关重要，它们在出生后及成年阶段都持续发挥作用。干细胞助力皮肤、肌肉、血液、骨骼和大脑等组织的发育、修复与再生。特定类型的组织特异性干细胞在其独特的组织微环境中，即便处于静止状态也能自我更新并进入细胞周期，从而维持一生之中自我更新与分化的平衡。干细胞自我更新和分化为不同细胞类型的神奇能力，伴随着其生长激素和细胞因子分泌的增加，这些物质对于免疫调节和再生至关重要。目前，利用干细胞改善慢性伤口愈合，同时避免大手术风险和供体部位较高发病率，已成为干细胞研究的一个热门领域。干细胞种类多样，从高度成熟的多能细胞到未成熟的多能干细胞都有。虽然干细胞治疗已在体外（ex vivo）和体内进行了广泛研究，但近期的研究重点转向了其临床实用性。再生医学（regenerative medicine）和新兴生物技术有潜力彻底改变医疗行业。干细胞生物学的进展使得在治疗环境下实现组织再生成为可能，尤其是利用从胚胎和出生后个体获取的成体干细胞。如果应用得当，这些技术有望在不进行生殖克隆的情况下，为宿主创造缺失的替代组织。在年轻健康的身体里，干细胞能精确维持分化和自我更新之间的平衡，让组织尽快再生。但随着生物体衰老，这种平衡被打破，干细胞分裂和修复组织的能力下降。恢复干细胞活性的平衡是再生医学的主要目标之一，这样就能让干细胞像在年轻生物体中一样持续再生组织。在对抗衰老和与年龄相关疾病的研究中，旨在清除老化干细胞、促进自身细胞更新和重建干细胞平衡的技术极具前景。这些策略有望延长健康寿命，提高人类的寿命，让人们能过上更长久、更健康、更有活力的生活。根据分化能力的不同，干细胞可分为四类：全能干细胞（totipotent stem cells）能分化成包括胎盘在内的任何类型细胞；多能干细胞（multipotent stem cells）可以在特定胚层内发育成多种细胞类型，但并非所有细胞；与滋养层细胞不同，诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）能分化成三个胚层（外胚层、中胚层和内胚层）的任何细胞；单能干细胞（unipotent stem cells）只能分化成一种细胞，比如肌肉细胞或神经元。近年来，研究人员和医学专家致力于寻找能替代老化、受损或缺失的人体组织和细胞的疗法，干细胞研究的进展让曾经看似奇幻的再生设想变得更加可行。干细胞具有分化为所需组织细胞并维持自我更新的巨大潜力。精确平衡的信号通路存在不同的调节因子，它们会根据微环境的生理特征来响应分化需求，进而维持和触发干细胞的分化。传统研究分化机制的方法是分析由不同生长因子和细胞因子调节的生化信号通路。然而，机械生物学调节分化的机制也受到关注，因为许多物理参数，如组织硬度和拓扑结构，也可能影响干细胞的分化途径。再生医学和细胞治疗有望恢复正常的组织结构和功能。此外，基于干细胞的治疗主要针对目前尚无公认治疗方法的损伤和慢性疾病。为满足临床对新型治疗方法的需求，再生医学和干细胞治疗应运而生。因此，利用基于干细胞的疗法治疗慢性和持久性疾病的应用正在逐渐扩大。不过，要充分发挥干细胞疗法的潜力，还需对一些条件进行调整。多项科学和临床研究探索了基于干细胞的治疗方法对尚无公认治疗方案疾病的治疗潜力。近期研究表明，已成功应用于患者的干细胞疗法，未来或许能治疗多种疑难病症。近年来，基于干细胞疗法的临床研究进展迅速。在部分试验中，该疗法对多种疾病产生了显著效果。例如，一名大疱性表皮松解症患者在接受表皮干细胞的角质形成细胞培养物治疗后，皮肤出现愈合迹象。此外，将诱导分化为视网膜色素上皮细胞的患者来源诱导多能干细胞（iPSCs）进行移植后，黄斑变性患者的视力得到显著改善。虽然现在有更多文献详细记录了成功的干细胞治疗案例，但许多临床研究仍需获得完整的监管批准，才能正式被认定为干细胞治疗。目前，对于血液和免疫系统疾病，骨髓移植是最有效的干细胞治疗方法。
干细胞在再生治疗中的工作机制
在过去几十年里，对干细胞的广泛研究让人们对组织和器官的发育、形态和生理机制有了深入了解，这些机制涉及组织和器官的生成、维持、再生以及损伤修复。干细胞生物学的当代进展在医疗保健领域的应用备受关注。这些进展包括在体外将干细胞扩增为可用于移植的有活力后代的方法。
诱导多能干细胞（iPSCs）
诱导多能干细胞（iPSCs）凭借其自我更新和分化为任何人类细胞类型的能力，彻底改变了再生医学、疾病建模和药物研发。如图 1 所示，诱导多能干细胞的制备过程是将体细胞（如皮肤或血细胞）重新编程为多能状态，使其能够分化为多种特化细胞。这一独特特性让诱导多能干细胞在构建高度模拟疾病的模型方面具有极高价值。
干细胞治疗中的伦理与监管问题
干细胞研究在全球范围内引发了伦理争议。尽管研究胚胎干细胞对于开发治疗严重疾病的新型有效疗法至关重要，但由于涉及胚胎，其研究受到限制且充满伦理问题。除了隐私保护外，了解捐赠者提供的配子、胚胎或体细胞的潜在用途也至关重要。因此，使用这些细胞会引发隐私问题。相关的讨论也在持续进行。
CRediT 作者贡献声明
KeerthiShri Boopathy：概念构思、初稿撰写、撰写 - 审核与编辑。
Thirunavukkarasu Palaniyandi：撰写 - 审核与编辑、概念构思、验证、监督。
Mugip Rahaman Abdul Wahab：方法学、验证。
Maddaly Ravi、Gomathy Baskar、Safia Obaidur Rab、Mohd Saeed、Vishal M Balaramnavar：验证。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
致谢
我们衷心感谢 M.G.R 教育与研究学院大学的校长 Er. A.C.S Arun Kumar，为研究提供了必要的设施。同时，作者们感谢沙特阿拉伯阿卜哈的哈利德国王大学研究与研究生院院长，通过大型研究小组项目（项目编号：R.G.P.2/514/45）为这项工作提供了资金支持。
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