幹細胞的特性具有自我更新能力，可自行複製，也可進行分化，我們致力於研究兩種類型的幹細胞：第一類是成體幹細胞，例如：骨髓，脂肪和臍帶血中的造血和間葉幹細胞；第二類是多能性幹細胞，例如：胚胎幹細胞株系(H9)和誘導式多能性幹細胞(iPSC)。我們研究的目的是想要了解這些幹細胞在人體內的作用是什麼。
研究顯示：藉由人體幹細胞移植至多種動物的臨床試驗的成功，希望未來能將這些臨床試驗的結果運用在人體的治療上。
研究團隊專注於幹細胞在體內(in vivo)的作用，以便用於治療。利用免疫缺失老鼠(SCID mice)來觀察幹細胞修補組織的機制是目前最佳的研究模式。因為老鼠體內活化幹細胞的細胞激素、趨化激素和發炎調控因子跟人類是相同的。研究設計是將人類幹細胞注入老鼠尾巴靜脈，以了解幹細胞如何透過循環系統抵達受傷的組織，並觀察其後續作用。
值得注意的是，將人類臍帶血中的CD34+細胞，經由靜脈注射移植到帶有視網膜色素層的上皮細胞受損的免疫缺失老鼠，幹細胞如我們預期會受到特定激素調控，經由血液系統移動到受損位置修補(圖一)。另外，將含有人類幹細胞的老鼠肝細胞切片後，以螢光原位雜交法(FISH)觀察，雖有少部份的人類幹細胞與老鼠細胞會融合，但肝細胞修護可由人類幹細胞分化而完成。
幹細胞可經由血液移動到受損位置，特別是血流量少的地方，像是發炎或缺氧的位置。而糖尿病患常出現四肢血液循環不良的問題，我們可以利用幹細胞特性，研究是否可以治療此項症狀。
研究團隊利用免疫缺失的老鼠，將其股動脈血管進行結紮，阻斷血液流進腿部和腳部，再將標有螢光物質的人類幹細胞連接奈米鐵微粒，透過胞飲作用(pinocytosis)進入到老鼠體內，以X光和螢光影像定時的追蹤。研究結果顯示，從老鼠尾巴靜脈注射人類幹細胞，12小時內可抵達受傷缺血位置(圖二)，48小時內可進入傷口組織，7天後更可發現明顯療效，也就是恢復老鼠下肢的血流量，顯示幹細胞不只強化血管，也可增加血管口徑，使血流能順利到達缺血的組織(圖三)，這項研究報告並已發表於國際期刊“Blood”(Capoccia et al. 2009)。
雖然研究人員對於幹細胞作用機制尚未完全明瞭，但由於效果顯著，該團隊正準備進行人體臨床試驗，相關研究報告已提交美國食品藥物管理局(FDA)審查。這項研究的對象是21位患有末期的周邊動脈血管疾病(PAD)，傳統治療只有截肢一途，但經過幹細胞治療，追蹤一年後發現，百分之九十的患者周邊血管的血流恢復正常而免於截肢，目前這項研究將進入人體臨床試驗第三期。
骨髓中間葉幹細胞的治療效果在馬、老鼠身上亦獲得證實，治療範圍包括骨骼、肝臟等，治療腦部病變是終極目標。
加州大學戴維斯分校的獸醫學院甚至為一些名貴的賽馬進行幹細胞治療，並擁有馬匹的臍帶血銀行，因為這些名貴賽馬主人認為這是保護馬匹在受傷時最有效的保障，因此賽馬出生時就儲存臍帶血。研究團隊同時發現從馬或人的骨髓裡分離出的間葉幹細胞，可在體外培養皿分化成骨骼組織，加上特殊陶瓷或氫氧磷灰石(hydroxyapatite)載體，再放回受傷的骨骼部位，加速復原療效，骨科醫師已證實此項臨床試驗已執行若干年。
2003年，諾塔博士發表的一篇報告指出：將人類臍帶血幹細胞注入肝臟受傷的老鼠，幹細胞會直入老鼠肝臟，取代原有的肝細胞並恢復分泌人類血清白蛋白(albumin)的功能，之後並進一步以帶有螢光基因(luciferase reporter gene)的幹細胞，其表現的螢光來觀察幹細胞對肝臟的修護機制(圖四)。
諾塔博士也嘗試在不同組織上進行幹細胞治療研究，對研究團隊來說，腦部是最終的探索目標，因腦部有血腦障壁(Blood Brain Barrier)的保護，使得透過靜脈注射的幹細胞不容易進入腦部，因此諾塔博士直接將臍帶血和成體的間葉幹細胞注射到腦部或脊髓，發現間葉幹細胞會沿著血管外移動，植入到受損的腦細胞中，並藉由分泌特定因子修補神經元，重建神經突觸(Synapse)(圖六)。
將臍帶血內的細胞誘導成多能性幹細胞是細胞修復的有效工具。臍帶血的幹細胞沒有受到污染或破壞，需要妥善保存。
由於成體幹細胞有其限制，不像胚胎幹細胞可分化成所有組織，所以多能性幹細胞和誘導式多能性幹細胞(induced pluripotent stem cells - iPSC)，可以成為實際細胞修復的有效工具。
誘導式多能性幹細胞是日本Yamanaka教授於2006首先發現，至今仍是新興研究領域。誘導式多能性幹細胞是由臍帶血細胞或週邊組織細胞，藉由四個因子：Oct4，Sox2，Klf4，c-Myc所誘導而來(圖七)，如同胚胎幹細胞作用，可直接分化成各種組織，包括神經等。自閉症或其他神經發育方面的神經病變，可藉由誘導式多能性幹細胞重建神經細胞 ，來作進一步治療(圖八)。
現今快速發展的同源基因重組( h omo l o g o u s recombination)技術能有效治療單一基因突變所產生的病變，如鐮刀形紅血球貧血症、溶解體儲存失調等，未來甚至所有基因突變等病變如亨丁頓氏舞蹈症等，也可能獲得治療。對於可能具有上述基因疾病的高風險父母而言，儲存孩子的臍帶血是最好的保障，臍帶血的細胞很年輕，沒有受到任何破壞或老化(如太陽光線的破壞、防腐劑、煙或其他環境毒素的影響)，如果能把握機會儲存自己的臍帶血，是最幸運的事。
結語
住在美國加州的兩歲小男孩達拉斯‧海德(Dallas Hextell)，出生時患有腦性麻痺，使用自己的臍帶血治療後，肌肉張力與運動協調不良的症狀已大幅改善。2009年秋天，美國明尼蘇達大學為一位2歲大男孩一納特‧李奧進行骨髓移植，以幹細胞治療遺傳性表皮分解性水皰症(俗稱泡泡龍)。泡泡龍小朋友通常活不到成年，過去幹細胞治療泡泡龍研究一直停留在大鼠實驗，醫師首次以幹細胞治療泡泡龍小孩，治療狀況不錯，目前該項人體臨床還在進行中。
幹細胞應用在臨床醫學移植治療案例不勝枚舉，雖然其中機制尚未完全瞭解，但可以預見的，再生醫學為不可能的生命創造未來，是有目共睹的。
此演講發表於2010年3月19日由中華民國周產期醫學會主辦之[幹細胞之最新應用學術研討會]
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