长期以来，人们一直认为成年哺乳动物脑内神经细胞不具备更新能力，一旦受损乃至死亡不能再生。这种观点使人们对中枢神经系统疾病的治疗受到了很大限制。虽然传统的药物、手术及康复治疗取得了一定的进展，但是仍不能达到满意的效果。近年的一些研究表明，成年哺乳动物的脑组织仍可通过神经干细胞（NSC）的分化，不断产生新的神经元，成人脑组织中同样存在神经干细胞,主要是在侧脑室下层(SVZ)和海马齿状回两处。
1992年，Reynodls等从成年小鼠脑纹状体中分离出能在体外不断分裂增殖，且具有多种分化潜能的细胞群，并正式提出了神经干细胞的概念，从而打破了认为神经细胞不能再生的传统理论。Mckay于1997年在《Science》杂志上将神经干细胞的概念总结为：具有分化为神经元、星形胶质细胞及少突胶质细胞的能力，能自我更新并足以提供大量脑组织细胞的细胞。
目前，神经干细胞研究的一个热点之一，是使用基因转移的方法，建立神经干细胞系，即诱导NSC的细胞周期不断循环往复，从而阻止其分化过程。永生化的NSC具有较好的生物学特性，它们能自我复制并在体外大量增殖，移入人体内后仍具有多向分化潜能，同时可被转染并稳定地表达外源基因。
神经干细胞的定义
神经干细胞(neural stem cell，NSCs)是一类具有多能分化和自我更新能力的母细胞，它可以通过不对等的分裂方式产生神经组织的各类细胞。在脑脊髓等所有神经组织中，不同的神经干细胞类型产生的子代细胞种类不同，分布也不同。
神经干细胞特点
自我更新：神经干细胞具有对称分裂及不对称分裂两种分裂方式。
多向分化潜能：神经干细胞可以向神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞分化。
低免疫源性：神经干细胞是未分化的原始细胞，不表达成熟的细胞抗原，不被免疫系统识别。
组织融合性好：可以与宿主的神经组织良好融合，并在宿主体内长期存活。
神经干细胞的分类
按分化潜能的大小 ，干细胞基本上可分为 3种类型 ：第一类是全能干细胞 ，它具有形成完整个体的分化潜能 ，具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力 ，可以无限增殖并分化成全身 2 0 0多种细胞组织的潜能 ，进一步形成机体的所有组织、器官进而形成个体 ；第二类是多能干细胞 ，这种干细胞也具有分化多种细胞组织的潜能 ，但却失去了发育成完整个体的能力 ，发育潜能受到一定的限制 ；第三类是单能干细胞 ，如神经干细胞等 ，这种细胞只能向一种类型或密切相关的几种类型的细胞分化。然而横向分化的发现 ，使这个观点受到了挑战 ,譬如，神经干细胞可以分化成造血细胞。
1.根据分化潜能及产生子细胞种类不同，神经干细胞可分为：
1）神经管上皮细胞：分裂能力最强，只存在胚胎时期，可以产生放射状胶质神经元和神经母细胞；
2）放射状胶质神经元，可以分裂产生胶质神经元本身并同时产生神经元前体细胞或是胶质细胞。其主要作用是幼年时期神经发育过程中产生投射神经元完成大脑中皮质及神经核等的基本神经组织细胞；
3）神经母细胞，成年人体中主要存在的神经干细胞，可以分裂产生神经前体细胞，神经元和各类神经胶质细胞；
4）神经前体细胞，各类神经细胞的前体细胞，比如小胶质细胞是由神经胶质细胞前体产生的。
2.根据部位，神经干细胞可分为：
神经嵴干细胞(neural crest stemcell，NC-SC)和中枢神经干细胞(CNS-SC)。
NCSC为外周神经干细胞(PNS-SC)，既可发育为外周神经细胞、神经内分泌细胞和Schwann氏细胞，也可分化为色素细胞(pigmented cell)和平滑肌细胞等。NSC一般是指存在于脑部的中枢神经干细胞(CNS-SC)，其子代细胞能分化成为神经系统的大部分细胞。
神经干细胞的分布
神经管形成以前 ，在整个神经板检测到神经干细胞的选择性标记物神经巢蛋白 (nestin),是细胞的骨架蛋白。构成小鼠神经板的细胞 ，具有高效形成神经球的能力。但目前尚不能肯定神经板与神经干细胞是否具有相同的诱导机制。神经管形成后 ，神经干细胞位于神经管的脑室壁周边。关于成年个体脑神经干细胞的分布，研究显示成年嗅球、皮层、室管膜层或者室管膜下层、纹状体、海马的齿状回颗粒细胞下层等脑组织中分布着神经干细胞。研究发现脊髓、隔区也分离出神经干细胞 ，这些研究表明 ，神经干细胞广泛存在于神经系统。在中央管周围的神经干细胞培养后亦可形成神经球并产生神经元。脊髓损伤时 ，来自于神经干细胞的神经元新生受到抑制 ，而神经胶质细胞明显增多 ，其机制可能与生成神经元的微环境有关。
神经干细胞的分离和培养方法：
1. 分离和培养
取出胚胎脑，于手术显微镜下剥离硬脑膜，分离出大脑半球。随后分别将它们移至平皿中，剪成1mm3小块，用抛光的直头细滴管轻轻吹打后，使之成为细胞悬液，并通过尼龙筛网过滤，以去除粘连的组织纤维，将收集到的细胞悬液离心后，重悬于DMEM/F12中，用滴管再次吹打，如此反复两次，就可获得脑组织的单个细胞悬液。经计数和活力观察，将细胞密度调至1×106 /ml, 并以1×105/ml细胞密度种入T25细胞培养瓶中，同时加入 bFGF-2和 EGF，于5% CO2、 37℃环境中培养，直到NSCs分裂、 增殖形成较大的神经细胞球后再作传代处理。
2. 传代
当神经细胞球逐渐增大至含50－200个细胞的球时，即可传代。传代时将神经细胞球悬液移至离心管，经低速离心后，吸去上清液， 加入200 μl DMEM/F12培养液，用200 μl Pipette 吹打100次，使之成为单个细胞悬液，定量加入DMEM/F12后, 进行细胞计数和活力观察。经传代后的细胞既可用来诱导分化，也可以继续种瓶培养，还可以冷冻保存以备后用。
3. NSCs的分化和鉴定
取培养的神经细胞球吹打成单细胞以后，以5×104/片细胞密度种于经多聚鸟氨酸包被的玻璃盖玻片上，在1%FBS-DFNG中分化培养5 天后, 做免疫细胞化学染色。如需要作神经细胞球的nestin染色，则直接将培养中的神经细胞球种于盖玻片上，待培养过夜后，固定染色。用抗nestin单抗来标记NSCs；而神经元、 星型胶质细胞和少突胶质细胞则分别用抗β-Tubulin Ⅲ单抗、 抗GFAP单抗和抗RiP单抗来标记。同时以Hoechst作核染。
神经干细胞的分化机制
神经干细胞定向诱导分化调控是目前神经干细胞研究的重大课题 ，脑内主要组织细胞包括神经元、星形胶质细胞及少突胶质细胞等。大脑的功能主要依赖于神经元并通过神经信息的传递来实现。脑内神经元种类繁多且功能极为复杂 ；如胆碱能神经元、儿茶酚胺能神经元、5-羟色胺能神经元及肽能神经元等。不同功能的神经元分布在脑内不同的部位 ，通过合成及释放相应的神经递质发挥各自独特的功能。虽然神经干细胞应用中还存在较多未解决的问题 ，但由于其广阔的应用前景 ，仍成为世界上神经科学界研究的热点之一。
神经干细胞的分化受基因调控。基因表达的时空方式受到其自身固有的分子程序的调控和周围环境的影响。胚胎干细胞向神经干细胞的分化需要基因调控 ，特别是不同发育分化阶段决定神经干细胞向所需功能神经细胞定向分化的主要调控基因。目前，虽然基因组测序已完成草图，但基因组序列分析仅仅反映遗传信息复杂性的一方面， 而有关遗传信息有序地、时相性地表达等复杂性的另一方面尚未完善。生物的类型变化主要是其内在的，所表达的基因是确定的，如分化细胞与祖细胞，肿瘤细胞与正常细胞等都存在着基因表达的差别。若能在这些关系密切的细胞群之间发现那些有表达差别的基因， 则可为这些相关细胞群所发生的复杂代谢和功能变化提供有意义的信息。Pevny等将神经元特异性的Soｘ2基因转染胚胎干细胞 ，再经维甲酸诱导，获得90 %以上的神经细胞。Giebel等表达Nurrl基因对于中脑神经前体细胞分化为多巴胺能神经元起决定作用。这些研究表明基因调控与神经干细胞的定向分化密切相关。
细胞因子与神经干细胞的增殖、分化密切相关。不同的细胞因子在神经干细胞的诱导分化中起重要作用， 但尚没有一种细胞因子能在体外将神经干细胞全部诱导分化为所需的功能神经细胞，参与神经干细胞诱导分化的细胞因子有白细胞介素类，如IL-1、IL-7、IL-9及IL-1 1等。神经营养因子对神经干细胞分化到终末细胞的整个过程均有影响 ，如果将培养的神经干细胞置于脑源性神经营养因子作用下 ，大量的神经干细胞可以表现出分化神经元的特性。生长因子类，如上皮生长因子、神经生长因子及碱性成纤维细胞生长因子等也影响神经干细胞的分化。神经干细胞对不同种类、不同浓度的细胞因子，以及多种因子联合应用作用各不相同，在神经干细胞发育分化的不同阶段，相同因子的作用也不同。如在表皮生长因子及碱性成纤维细胞生长因子存在的条件下 ，胚胎神经干细胞主要向神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞分化 ，而出生后及成年的脑神经干细胞 ，则无论是否有上皮生长因子及碱性成纤维细胞生长因子 ，都主要分化为星形胶质细胞。这些研究提示 ，上皮生长因子及碱性成纤维细胞生长因子对神经干细胞向功能细胞的诱导分化是复杂的。
信号转导在神经干细胞分化中十分重要。作为一种信号传导途径 ，Notch信号传导系统非常重要。目前认为Notch受体是一种整合型膜蛋白 ，是一个保守的细胞表面受体 ，它通过与周围配体接触而被激活，其信号传导途径开始于Notch受体与配体结合后其胞浆区从细胞膜上脱落，并向细胞核转移，将信号传递给下游信号分子。该途径的信号传递主要是通过蛋白质相互作用，引起转录调节因子的改变或将转录调节因子结合到靶基因上，实现对特定基因转录的调控。当激活Notch途径时，干细胞进行增殖，当抑制Notch活性时，干细胞进入分化程序。这些研究结果表明找到调节Notch信号途径的方式 ，就可能通过改变Notch信号来精确调控神经干细胞向神经功能细胞分化的过程和比例。此外 ，Janus激酶信号转导递质与转录激活剂 (JAK-STAT)信号传导系统也参与干细胞的调控。
神经干细胞用于治疗的可能机理
１、患病部位组织损伤后释放各种趋化因子，可以吸引神经干细胞聚集到损伤部位，并在局部微环境的作用下分化为不同种类的细胞，修复及补充损伤的神经细胞。由于缺血、缺氧导致的血管内皮细胞、胶质细胞的损伤，使局部通透性增加，另外在多种黏附分子的作用下，神经干细胞可以透过血脑屏障，高浓度的聚集在损伤部位， 代替或部分代替受损的神经功能。
２、神经干细胞分化以后，可以分泌多种神经营养因子，促进损伤细胞的修复。
３、神经干细胞可以增强神经突触之间的联系，建立新的神经环路。
4、 神经干细胞可以促进受损神经组织的再分化。
神经干细胞移植的重要性
对一些神经系统疾病，如帕金森氏病，传统的药物治疗效果不令人满意，吃药只可暂时性的控制疾病，一旦停药，病症复现甚至更严重。常年服药不仅让患者痛苦不已，而且对身体造成极大的危害，导致其他严重疾病的并发。药物不具备激活脑神经细胞的功能是根本原因，所以要想从根本上治疗脑病等神经系统疾病，借助外界移植神经干细胞是一有效的方法。
科学研究证明了神经干细胞的定向分化性，使修复和替代死亡的神经细胞成为现实。为了减少神经损伤的后遗症，延缓或抑止疾病的进一步发展，取得更好的恢复效果，从根本上修复和激活死亡神经细胞是十分必要的。
神经干细胞移植的方法
1．通过静脉注射移植。
2．通过介入方法作动脉内移植。
2．通过腰穿作鞘内移植。
3．通过脑室穿刺移植。
4．通过立体定向技术直接移植到病变部位。
影响神经干细胞治疗效果的因素：
1. 病例的选择
2. 干细胞的质量
3. 干细胞的数量
4. 给药途径
5. 辅助治疗
目前神经干细胞被用于治疗的疾病类型
中风（脑梗塞、脑出血）后遗症、 小脑萎缩症（小脑性共济失调）、脊髓损伤、脑萎缩、脑外伤后遗症、 帕金森氏综合症、 运动神经元病（ALS）、 放射性脑病、多发性硬化、 面瘫、多系统萎缩症（MSA）、老年痴呆症、视神经萎缩
神经干细胞在神经发育和修复受损神经组织中发挥重要作用。神经干细胞移植是修复和代替受损脑组织的有效方法 ，能重建部分环路和功能。Wagner等将神经干细胞移植到帕金森病模型的鼠脑 ，神经干细胞在其脑组织中迁移并修复损毁的脑组织 ，且震颤症状明显减轻 ，可能是神经干细胞分化成为多巴胺样神经元起到治疗作用。Piccini等从流产胎儿脑中分离的神经组织细胞，移植入患者的脑中治疗帕金森病，结果有一半以上的患者症状得到明显改善，而且效果持续存在。多发性硬化是发病率较高的神经系统疾病 ，在其啮齿类动物模型中发现产生髓鞘的少突胶质细胞被破坏或失去功能 ，将神经干细胞直接移植到鼠脑中，移植的细胞在脑中发生了大范围的迁移，在分化成的少突胶质细胞中，约有40 %的细胞形成了髓鞘，其特性非常接近正常状态，一些接受移植的动物其典型的症状也得到了明显的改善。
脑胶质瘤是医学治疗的难点之一 ，手术切除肿瘤困难，且容易复发，放疗和化疗对肿瘤有一定的作用。由于神经干细胞具有迁移的功能，利用这种特性可以向脑部释放药物。对鼠神经干细胞进行转基因处理，使之分泌IL-4，这种物质能够激活免疫系统，对肿瘤细胞发生抗瘤攻击，患有脑胶质瘤的实验鼠接受这种细胞注射之后，寿命比未治疗的实验鼠大大延长，核磁共振成像表明，实验鼠脑部的大块肿瘤有缩小的迹象，有趣的是，既使注射的神经干细胞不分泌IL-4，实验鼠的寿命也会延长。Ling等认为这可能是由于神经干细胞还能分泌一种能够减缓肿瘤细胞分裂的未知物质的缘故。此外神经干细胞可作为基因载体 ，用于颅内肿瘤和其它神经疾病的基因治疗，利用神经干细胞作为基因治疗载体，弥补了病毒载体的一些不足。
美科学家：用神经干细胞治疗动物脑癌。神经干细胞经过基因工程改造后，能够变得跟“巡航导弹”一样，精确地追踪并摧毁深藏在大脑中的癌细胞，美国科学家已成功地在实验鼠身上证实了这一点。洛杉矶西达斯-西奈医学中心的研究人员采用的神经干细胞，能够分泌具有抗癌作用的“白细胞介素12”。他们的实验显示，患有脑癌的病鼠在注射了这种神经干细胞后，寿命平均延长50％，其中30％的病鼠对脑癌产生了长期免疫力。这项进展以封面文章的形式发表于15日出版的美国《癌症研究》杂志上。研究人员认为，神经干细胞作为一种“有前途的”脑癌治疗新手段，有可能用于根除手术后残留的肿瘤，从而降低神经胶质瘤等恶性脑癌的复发率，提高患者存活机会。
目前，脑癌的常用治疗方法是手术切除，但缺陷是术后复发率较高，因为一些肿瘤细胞经常扩散至健康脑组织的深处，给彻底清除造成很大难度。研究曾显示，神经干细胞具有追踪这些扩散脑肿瘤细胞的特性，而一种名为“白细胞介素12”的物质，能够激活机体免疫系统中具有杀灭肿瘤能力的细胞。西达斯-西奈医学中心的科学家们成功地将二者相结合，利用基因工程手段，开发出了能够分泌“白细胞介素12”的神经干细胞。这种干细胞既能追踪、又可杀灭转移和扩散的脑肿瘤细胞。研究人员的最终目标是想将该技术应用到人身上，利用从患者骨髓中提取的神经干细胞，来治疗脑癌。但他们也表示，有些技术目前还不成熟，至少还需要相当长的一段时间，才有可能进行人体临床试验。
神经干细胞移植存在的困惑：
近年研究表明，胚胎干细胞、神经干细胞在体外的培养中都可以分化成为神经细胞，并且已经在小鼠、大鼠模型移植实验中取得明显疗效。另外，考虑到这些细胞取材比较困难，有的学者将目光转向取材相对容易的骨髓间充质干细胞，这些细胞可以自体移植以规避免疫排斥，而且可以转化/分化成神经细胞并产生疗效，具有优越性。
但遗憾的是，有一些问题阻碍了干细胞临床治疗的进展，集中在以下方面：
第一，虽然胚胎干细胞、神经干细胞在体外培养中都可以分化为神经细胞，但是分化成为特定神经细胞的比例并不高，而且每次人工诱导分化都存在一定程度的差异，无法做到产出细胞完全均一。
第二，其他组织干细胞如骨髓来源的干细胞，尽管也能向神经细胞分化，但尚不能够证明在人体内，这些具有神经细胞抗原标记的跨胚层分化细胞，的确是有功能的神经细胞。
第三，先前进行的大部分临床治疗，所观察到的疗效没有提供令人信服的物质基础。例如，脑卒中移植治疗没有证据说明移植细胞可以通过梗死区和下运动神经元建立功能联系。
第四，干细胞存在致瘤性。在极少数情况下，干细胞移植能产生畸胎瘤，所以，干细胞是绝对不能用于治疗象脑震荡这样的功能性疾病的。
当然，上述干细胞研究中面临的困惑，并没有关闭干细胞治疗研究的大门，恰恰相反，当人们急于进行移植治疗的热情趋于理智后，干细胞的治疗会更规范，前进道路上的问题就为新的进步提供了契机。 2009年1月23日，美国FDA首次批准了Geron公司使用胚胎干细胞治疗急性脊髓损伤的临床试验。
干细胞研究的里程碑（Key research events）
1. 1908 - The term "stem cell" was proposed for scientific use by the Russian histologist Alexander Maksimov (1874–1928) at congress of hematologic society in Berlin. It postulated existence of haematopoietic stem cells.
2. 1960s - Joseph Altman and Gopal Das present scientific evidence of adult neurogenesis, ongoing stem cell activity in the brain; their reports contradict Cajal's "no new neurons" dogma and are largely ignored.
3. 1963 - McCulloch and Till illustrate the presence of self-renewing cells in mouse bone marrow.
4. 1968 - Bone marrow transplant between two siblings successfully treats SCID.
5. 1978 - Haematopoietic stem cells are discovered in human cord blood.
6. 1981 - Mouse embryonic stem cells are derived from the inner cell mass by scientists Martin Evans, Matthew Kaufman, and Gail R. Martin. Gail Martin is attributed for coining the term "Embryonic Stem Cell".
7. 1992 - Neural stem cells are cultured in vitro as neurospheres.
8. 1997 - Leukemia is shown to originate from a haematopoietic stem cell, the first direct evidence for cancer stem cells.
9. 1998 - James Thomson and coworkers derive the first human embryonic stem cell line at the University of Wisconsin-Madison.
10. 2000s - Several reports of adult stem cell plasticity are published.
11. 2001 - Scientists at Advanced Cell Technology clone first early (four- to six-cell stage) human embryos for the purpose of generating embryonic stem cells.
12. 2003 - Dr. Songtao Shi of NIH discovers new source of adult stem cells in children's primary teeth.
13. 2004–2005 - Korean researcher Hwang Woo-Suk claims to have created several human embryonic stem cell lines from unfertilised human oocytes. The lines were later shown to be fabricated.
14. 2005 - Researchers at Kingston University in England claim to have discovered a third category of stem cell, dubbed cord-blood-derived embryonic-like stem cells (CBEs), derived from umbilical cord blood. The group claims these cells are able to differentiate into more types of tissue than adult stem cells.
15. August 2006 - Rat Induced pluripotent stem cells: the journal Cell publishes Kazutoshi Takahashi and Shinya Yamanaka.
16. October 2006 - Scientists at Newcastle University in England create the first ever artificial liver cells using umbilical cord blood stem cells.
17. January 2007 - Scientists at Wake Forest University led by Dr. Anthony Atala and Harvard University report discovery of a new type of stem cell in amniotic fluid.This may potentially provide an alternative to embryonic stem cells for use in research and therapy.
18. June 2007 - Research reported by three different groups shows that normal skin cells can be reprogrammed to an embryonic state in mice.In the same month, scientist Shoukhrat Mitalipov reports the first successful creation of a primate stem cell line through somatic cell nuclear transfer
19. October 2007 - Mario Capecchi, Martin Evans, and Oliver Smithies win the 2007 Nobel Prize for Physiology or Medicine for their work on embryonic stem cells from mice using gene targeting strategies producing genetically engineered mice (known as knockout mice) for gene research.
20. November 2007 - Human induced pluripotent stem cells: Two similar papers released by their respective journals prior to formal publication: in Cell by Kazutoshi Takahashi and Shinya Yamanaka, "Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors", and in Science by Junying Yu, et al., from the research group of James Thomson, "Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells":pluripotent stem cells generated from mature human fibroblasts. It is possible now to produce a stem cell from almost any other human cell instead of using embryos as needed previously, albeit the risk of tumorigenesis due to c-myc and retroviral gene transfer remains to be determined.
21. January 2008 - Robert Lanza and colleagues at Advanced Cell Technology and UCSF create the first human embryonic stem cells without destruction of the embryo.
22. January 2008 - Development of human cloned blastocysts following somatic cell nuclear transfer with adult fibroblasts.
23. February 2008 - Generation of Pluripotent Stem Cells from Adult Mouse Liver and Stomach: these iPS cells seem to be more similar to embryonic stem cells than the previous developed iPS cells and not tumorigenic, moreover genes that are required for iPS cells do not need to be inserted into specific sites, which encourages the development of non-viral reprogramming techniques.
24. March 2008-The first published study of successful cartilage regeneration in the human knee using autologous adult mesenchymal stem cells is published by Clinicians from Regenerative Sciences.
25. October 2008 - Sabine Conrad and colleagues at Tübingen, Germany generate pluripotent stem cells from spermatogonial cells of adult human testis by culturing the cells in vitro under leukemia inhibitory factor (LIF) supplementation.
26. 30 October 2008 - Embryonic-like stem cells from a single human hair.
27. 23 January 2009 MENLO PARK, Calif. Geron Receives FDA Clearance to Begin World's First Human Clinical Trial of Embryonic Stem Cell-Based Therapy. Geron to Study GRNOPC1 in Patients with Acute Spinal Cord Injury
28. 1 March 2009 - Andras Nagy, Keisuke Kaji, et al. discover a way to produce embryonic-like stem cells from normal adult cells by using a novel "wrapping" procedure to deliver specific genes to adult cells to reprogram them into stem cells without the risks of using a virus to make the change. The use of electroporation is said to allow for the temporary insertion of genes into the cell.
29. 05 March 2009 Australian scientists find a way to improve chemotherapy of mouse muscle stem cells.
30. 09 March 2009 US President Obama lifted federal funding limits on human embryonic instituted by former President Bush.
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