在很長(zhǎng)的一段時(shí)間，科學(xué)家們都認(rèn)為一旦細(xì)胞發(fā)生分化，它就永遠(yuǎn)無(wú)法恢復(fù)其全能性。他們猜想必定是由于大量基因以細(xì)胞類型特異性的方式開啟和關(guān)閉，由此決定了干細(xì)胞的特性。直至2006年，來(lái)自日本京都大學(xué)的高橋和敏(Kazutoshi Takahashi)和山中伸彌（Shinya Yamanaka）證明情況并非如此。他們將小鼠皮膚細(xì)胞——具體地說(shuō)，是成纖維細(xì)胞——轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁杉?xì)胞。這就是第一批的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS)。

如何能夠重編程細(xì)胞的發(fā)育？研究人員認(rèn)為如果他們能夠驅(qū)動(dòng)細(xì)胞開啟那些干細(xì)胞中的活性基因，關(guān)閉其他的基因，就能將細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楦杉?xì)胞。因此他們需要知道哪些基因?qū)Ω杉?xì)胞表型至關(guān)重要。什么樣的基因使得它們成為了干細(xì)胞？

科學(xué)家們選擇了他們認(rèn)為有可能對(duì)干細(xì)胞多能性起促進(jìn)作用的24個(gè)基因。他們?cè)谛∈蟪衫w維細(xì)胞中以大量不同組合的方式來(lái)開啟這些基因。最后，他們發(fā)現(xiàn)四種轉(zhuǎn)錄因子編碼基因的組合能夠?qū)⒊衫w維細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)?/SPAN>iPS細(xì)胞。這四種基因是Oct3/4, Sox2, c-Myc和 Klf4。

然而，山中伸彌和他的同事們?nèi)孕枰C明他們的iPS細(xì)胞具有全能性，這意味著這些iPS細(xì)胞能夠以胚胎干細(xì)胞的作用方式形成完整的動(dòng)物。他們將一些iPS細(xì)胞注入到一個(gè)發(fā)育的小鼠胚胎中，證實(shí)這些iPS衍生細(xì)胞形成了小鼠身體的一部分。另外兩個(gè)研究小組在同一周內(nèi)也發(fā)布了類似的研究結(jié)果。

iPS研究競(jìng)賽仍在進(jìn)行中，盡管是山中伸彌開啟了比賽的序幕，然而很快一大群的科學(xué)家便趕上了山中伸彌研究小組的步伐?，F(xiàn)在多名研究人員成功將細(xì)胞重編程生成了他們自己的iPS細(xì)胞。哈佛大學(xué)和其他一些大學(xué)現(xiàn)在建立了專門致力于iPS研究的中心部門。iPS細(xì)胞的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)在于它們無(wú)需捐贈(zèng)胚胎。

當(dāng)幾個(gè)研究小組在同時(shí)探索相同的問題時(shí)，科學(xué)進(jìn)程通常會(huì)加速。壓力驅(qū)使他們必須率先發(fā)現(xiàn)并發(fā)布重要的研究成果，這種動(dòng)機(jī)也會(huì)推動(dòng)干細(xì)胞研究領(lǐng)域的發(fā)展。不同的研究小組相互印證彼此的研究結(jié)果，構(gòu)建起得到廣泛支持的理論，迅速揭露不正確的假說(shuō)。

下一個(gè)急迫的問題就是能否用人類的組織生成iPS細(xì)胞。2007年，3篇研究論文連續(xù)快速發(fā)表，報(bào)告生成了人類iPS細(xì)胞。山中伸彌和另一個(gè)研究小組沿用了原來(lái)的誘導(dǎo)方案，而由Thomson領(lǐng)導(dǎo)的第三個(gè)研究小組則采用了不同的技術(shù)。

之后的研究進(jìn)展飛速?？茖W(xué)家們用了不到6個(gè)月的時(shí)間即修改了小鼠的iPS方案，將其運(yùn)用到人類細(xì)胞。與之相比較，科學(xué)家們從第一次獲得小鼠胚胎干細(xì)胞到1998年Thomson第一次獲得人類胚胎干細(xì)胞，經(jīng)歷了長(zhǎng)長(zhǎng)的17年。

研究人員既然知道了如何生成人類iPS細(xì)胞，接下來(lái)他們就想知道如何改良這一過程。一些方法有可能會(huì)對(duì)接受干細(xì)胞治療的患者產(chǎn)生危害。兩個(gè)主要關(guān)注的問題就是基因的致癌性，以及介導(dǎo)這些基因的病毒載體的應(yīng)用。山中伸彌和其他研究小組利用生成iPS細(xì)胞的一個(gè)基因c-Myc就是一種致癌基因。iPS細(xì)胞生成的，體內(nèi)具有高水平c-Myc蛋白的小鼠頻繁地形成了腫瘤，部分原因可能就是c-Myc不僅能促使生成干細(xì)胞，也能促成癌性生長(zhǎng)。因?yàn)楦杉?xì)胞和癌細(xì)胞具有相似性，干細(xì)胞癌變的可能性成為了科學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)。

2008年，山中伸彌和同事宣布他們已經(jīng)設(shè)法從方案中剔除了c-Myc。在一系列實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)c-Myc并非是生成iPS的必要條件，而不過是加速了這一進(jìn)程，因此除去c-Myc他們的技術(shù)也還是能發(fā)揮作用。

包括Thomson研究團(tuán)體在內(nèi)開發(fā)的一些早期iPS技術(shù)主要依靠病毒載體將新構(gòu)建的DNA介導(dǎo)到人體細(xì)胞中。這些病毒是否存在負(fù)效應(yīng)，激活癌細(xì)胞或引起其他一些不良的基因表達(dá)？一些研究小組通過開發(fā)非病毒技術(shù)來(lái)繞開這一問題。例如2008年，京都大學(xué)的研究人員證實(shí)他們能夠借助質(zhì)粒而非病毒介導(dǎo)干細(xì)胞基因。

然而與病毒相似，質(zhì)粒也可能插入到基因組的錯(cuò)誤位置，意外激活癌細(xì)胞。為了避免這種風(fēng)險(xiǎn)，研究人員隨后創(chuàng)造了另外一種傳遞干細(xì)胞基因的方法。他們首先利用非整合載體或質(zhì)粒將干細(xì)胞基因?qū)氲郊?xì)胞，一旦細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄苄约?xì)胞就將這些載體或質(zhì)粒清除。這一改變減少了插入核酸或質(zhì)粒造成的風(fēng)險(xiǎn)。

拋棄基因插入技術(shù)，依賴于生長(zhǎng)培養(yǎng)基中的化學(xué)因子改變細(xì)胞自身基因組轉(zhuǎn)錄來(lái)驅(qū)動(dòng)細(xì)胞向多能狀態(tài)轉(zhuǎn)變，或許更加理想?，F(xiàn)在，研究人員還在致力于小鼠實(shí)驗(yàn)，設(shè)法利用化學(xué)信號(hào)來(lái)代替轉(zhuǎn)錄因子正常激活的信號(hào)。令人驚訝的是，他們找到了一些方法來(lái)替代其他的轉(zhuǎn)錄因子，唯獨(dú)除了轉(zhuǎn)錄因子Oct3/4。