提到再生，我们很容易联想到壁虎断尾后可以再次长出新的尾巴，海星失去一个腕时会长出一个新的腕，原因就是在它们体内有强大的再生干细胞，还有能启动这些细胞迅速增长的机制，因此蝾螈、壁虎等动物断了尾巴或者四肢后能很快长出新的，再生医学的概念便来源于此。与之同理，干细胞可以修复人体内受损的细胞，利用干细胞修复人体内受损的组织和器官就是再生医学研究的领域。
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科学家用了一百多年的时间研究胚胎内的细胞是如何变成各种器官内的细胞并执行不同任务的，这一研究领域的突破出现在1953年，美国科学家罗伊·史蒂文斯（Roy Stevens）在研究白鼠身上的肿瘤时发现了干细胞。简单来讲，干细胞是一类具有多向分化潜能和自我复制能力的原始的未分化细胞，是形成哺乳类动物的各组织器官的原始细胞。干细胞具有可以无限增殖的能力，它的生长方式有两种——一种是对称分裂，即自我复制，也就是干细胞本身的增殖；第二种是非对称分裂，即分化功能，干细胞经过分化才能够形成多种功能细胞，再生成皮肤、肌肉、器官、血管、神经、骨骼等人体结构性组织。人体内的干细胞可以分为两类——一种是全功能干细胞，可直接克隆人体；另一种是多功能干细胞，可直接复制各种脏器和修复组织。多能性干细胞经历进一步的特异分化，发展为参与生成特殊功能细胞的干细胞。如造血干细胞，它能产生红细胞、白细胞和血小板；又如皮肤干细胞，它能产生各种类型的皮肤细胞。这些更专门化的干细胞被称为专能干细胞。人类寄希望于利用干细胞的分离和体外培养，在体外繁育出组织或器官，并最终通过组织或器官移植，实现对临床疾病的治疗。
2012年诺贝尔生理学或医学奖授予了英国发育生物学家约翰·格登及日本京都大学iPS细胞研究中心主任山中伸弥，以奖励他们在细胞核重新编程研究领域的杰出贡献。其研究利用病患自身较易获得的细胞，将其处理成为多能干细胞，再诱导分化成想要的细胞。这样既可以克服器官移植中的异体免疫排斥现象，也可以避免利用胚胎干细胞而带来的伦理学争议。
在医学上，癌是指起源于上皮组织的恶性肿瘤，是恶性肿瘤中最常见的一类，而癌细胞——一种变异的细胞，正是产生癌症的病原。癌细胞与干细胞共同点是它们都可以无限增殖，而不同的是癌细胞丧失了接触抑制现象，细胞间的粘着性减弱从而易于转移，因此不停破坏正常的细胞组织。癌细胞除了分裂失控外（能进行多极分裂），还会局部侵入周遭正常组织甚至经由体内循环系统或淋巴系统转移到身体其他部分。
关于癌症起源的问题，常常引起科学家的争论。近来，越来越多的研究显示，除了DNA突变外，干细胞的功能是产生癌症是必需的。另外，对肝脏这样的组织的损害，也会‘唤醒’沉睡的干细胞，大量增加癌症的风险。这样的研究结果证实了关于癌症干细胞的假说。被“唤醒”的沉睡干细胞获得异常染色体，呈现异常状态，以这种细胞为起源再生，可以形成整个肿瘤组织，将这种细胞移植到病人体内又会引发癌症。这类细胞，我们称为癌症干细胞，既具有与干细胞相似的自我分化和多向分化的能力，可以产生不同的后代，又有与癌细胞相似的致瘤活性。
癌症干细胞拥有自身的许多特性。与正常干细胞相比，癌症干细胞缺乏分化成熟的能力，因此癌细胞往往处于低分化状态。癌症干细胞打破了干细胞平衡有序的分化状态，其增值分化是无序失控的。同时癌症干细胞拥有与众不同的分裂方式。在分裂过程中，癌细胞飞速复制和自己相同的癌细胞，呈指数形式增长，癌症干细胞以缓慢的速度分别复制一个与自己相同的癌症干细胞和一个不同于自身的癌细胞。这种分裂模式使癌症干细胞像蜂后一样，又缓慢又疯狂的制造癌细胞。治疗癌症如果不彻底清除癌症干细胞，癌症就很容易复发和转移。然而癌症干细胞对传统治疗癌症的放化疗法（化学疗法和放射线疗法）基本是无效的。一方面，由于癌症干细胞拥有长期排异化疗药物的能力和很强的被攻击后自我修复的能力，化疗药物进入了癌症干细胞内，会被其排出；另一方面，由于化疗和放疗着眼于癌细胞与正常细胞分裂的时间差，对分裂快的癌细胞在分裂不稳定期进行攻击。显然，这样的方法对分裂速度更慢的癌症干细胞束手无策。同时，人们陆续发现的癌症干细胞所含的一些标志物质同时也存在于正常干细胞内，如果以这些物质为目标清除癌症干细胞的话，会误伤到正常干细胞，导致副作用的出现。
科学家对于癌症干细胞的清除还有待研究，但是随着癌症干细胞研究的不断深入，人们已经在多种肿瘤组织中找到了干细胞，这为根治肿瘤提供了新思路，将癌症干细胞斩草除根，才能在根本上消除肿瘤。除此之外，在干细胞应用于癌症治疗领域也有很多新的进展，人们有可能从干细胞的角度找到彻底治愈恶性肿瘤的理想方法。例如，目前造血干细胞已经在临床上被广泛应用于治疗恶性血液肿瘤，用于临床移植的造血干细胞范围广泛。除骨髓外，还可用动员外周血，脐带血，胚肝，等等。国内临床移植发展迅速，移植成功率已经高达75%。
