干细胞因其能够转化为各种其他细胞类型，如血细胞、皮肤细胞、神经细胞和肌肉细胞，在医学研究中被认为具有巨大潜力。科学家相信，理解干细胞的工作机制并破解其发育过程，将推动多个领域的重大进步。然而，这需要大量严谨的研究，因此分子生物学家正致力于开发更高效、更优质的人类干细胞培养方法。研究发现，一种解决方案可能是在活体小鼠体内培育人类干细胞。
目前，科研中最常用且最有效的方法是体外细胞培养。"体外"源自拉丁语"in glass"，但如今多使用烧瓶或培养皿等塑料容器。尽管人类拥有约一个世纪的植物、动物及人类细胞体外培养经验，但脱离活体环境培养细胞存在诸多问题。首要挑战是细胞在体外难以良好生长，必须精确调控培养条件才能使其茁壮发育。另一关键问题是，细胞在生物体内生长时处于复杂系统中，周围环绕着其他细胞、蛋白质和三维组织环境；而培养皿中的细胞往往仅以单层形式附着在容器表面，即使悬浮培养（即不附着于器皿）也仅适用于特定细胞类型。因此，体外细胞培养可能导致研究数据失真——培养的细胞无法准确模拟生物体内行为，实验结果可能与活体真实情况不符。虽适用于多数场景，但远非完美。
干细胞研究同样高度依赖体外方法，导致这些细胞面临相同问题甚至更复杂挑战。体外培养还可能干扰干细胞分化为其他细胞类型的能力。尤其在人类干细胞培养中，细节精准至关重要。科学家希望干细胞研究能帮助治疗或治愈阿尔茨海默病、帕金森病等复杂疾病，这些疾病损害人体无法再生的神经元。而理解并利用干细胞的再生能力，未来或可修复或替换受损神经元。研究重点聚焦于多能干细胞——即能分化为人体大多数细胞类型的干细胞——其正确分化需严格培养技术。
如何优化人类干细胞培养？解决方案或许是以小鼠替代培养皿。例如，2016年剑桥大学研究人员将人类干细胞注入小鼠胚胎，观察其是否随小鼠同步发育。结果发现，超过70%的移植胚胎成功生长人类干细胞，证明人类干细胞可在活体小鼠胚胎阶段培育。但为满足研究需求，必须大量培养干细胞。2020年的一项研究可能解决了此难题：为在小鼠体内培育足量人类多能干细胞，研究人员需先将细胞回退至"初始阶段"——即多能性的最早期状态。因小鼠胚胎干细胞处于初始阶段，而人类多能干细胞已进入"启动阶段"（准备定向分化为特定细胞类型），为使人类干细胞有效生长，必须匹配小鼠胚胎的发育阶段。科学家通过向启动阶段干细胞注射抑制剂，阻断促发育蛋白，成功将其转化为初始阶段干细胞，再移植至2-4日龄小鼠胚胎中。约17天后分析显示，人类细胞已增殖，源自原始人类多能干细胞的衍生成分占小鼠胚胎细胞总数的0.1%至4%。考虑到小鼠胚胎的核心任务是发育成小鼠而非人类，这一比例相当可观。尽管身处小鼠体内，干细胞已开始分化为人类肝细胞、皮肤细胞和血细胞等多种类型。
这对生物医学研究意义重大。首先，小鼠体内培养干细胞可构建更精准的人类疾病小鼠模型。目前虽常用小鼠研究人类疾病，但小鼠无法自然罹患所有目标疾病；基因改造虽能模拟症状，却常缺乏准确性。让小鼠更接近人类生理特征或可弥补此差距。另一重大优势在于器官生成：若能在非人类动物体内培育细胞，功能性人类器官的培育或将成为可能。这从科学角度看前景广阔，但科学家与社会需共同解决伦理问题——例如，含有人类细胞和DNA的实验动物是否应区别于普通实验动物？尽管小鼠体内培养法不会取代传统细胞培养，但它有望实现干细胞疗法的临床承诺。
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