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干細胞是原始且未特化的細胞，它是未充分分化、具有再生各種組織器官的潛在功能。干細胞存在所有多細胞組織里，能經由有絲分裂與分化來分裂成多種的特化細胞，而且可以利用自我更新來提供更多干細胞。干細胞主要具有以下三個特征：
 (一)細胞的更新
干細胞能通過有絲分裂產生子代干細胞。干細胞的分裂過程與普通的體細胞有所不同。高等動物的成體干細胞通過不對稱分裂產生非對稱的細胞決定子分割，使得一部分子代獲得維持干細胞狀態所必需的信息而成為子代干細胞，另外一部分子代細胞則不得不走向分化。也就是說，一個干細胞的后代中，只有一部分子代細胞可能保持與父代細胞相同的干細胞特征，另外一部分則喪失了干細胞的功能。 
(二)細胞的多向分化
干細胞是一群非特化、無具體功能的細胞。干細胞的一個根本屬性便是其不擁有任何組織特異性結構，也不產生特定的功能。也就是說，通常條件下干細胞不能像心肌細胞一樣完成泵血功能，也不能像紅細胞一樣完成氧傳遞功能，更不能像神經細胞一樣處理神經信號。但是，這種非特化的細胞能演變為多種特化的細胞，形成相應的組織，這便是分化。分化是一個復雜的過程，目前尚未清楚其全部的機制。 
(三)干細胞分裂和分化的調控
干細胞分裂和分化的調控機制十分復雜，目前僅對其有初步的了解。干細胞啟動不對稱分裂的調控機制在于：由外來信號啟動特定因子的自分泌過程，包括細胞不對稱分裂存在的反應蛋白、控制基因表達的核內因子，干細胞與非干細胞子代細胞的染色體修飾，以及在瞬時擴增過程中控制細胞分裂周期時鐘的啟動因子等。
同時，干細胞的分裂和分化還受諸多外在調控因素的影響。控制干細胞發展“命運”的外在因素統稱為干細胞微環境，即通常所說的生態位。對于不對稱分裂及群體不對稱分裂的干細胞，生態位同樣顯得極其重要。這其中涉及干細胞與干細胞之間、干細胞與非干細胞子代細胞之間以及其與周圍細胞之間復雜的近距及遠程信號作用機制。