神经系统疾病的治疗通常是临床医学工作者最受困扰的医学难题之一。因为许多神经系统疾病是由于神经细胞丢失或功能退化造成的，目前的药物治疗手段难以使神经细胞功能再生，成熟的神经细胞又很难分化并替代丢失的细胞。
帕金森氏病的致病原因是分泌多巴胺的神经细胞死亡，而早老性痴呆症则是分泌胆碱的神经细胞死亡，结果均导致神经细胞数量减少，神经功能障碍。多发性肌萎缩症是由于支配运动肌肉的运动神经细胞死亡，导致肌肉萎缩，肢体运动障碍。在中风、脑外伤和脊髓损伤时发生多种神经细胞缺失。有许多神经细胞死亡的神经疾病累及成人及婴儿。
总之，神经细胞变性、坏死和丢失是许多神经系统疾病发生的病理学基础，对于这些疾病的治疗，目前临床进展缓慢，尽管已有神经生长因子、神经营养因子等多种促神经细胞生长的药物用于临床，但结果并不令人满意。既然神经细胞再生困难，药物治疗又难以奏效，剩下的途径只有移植新的神经细胞来重建功能。由于干细胞具有向神经细胞分化的潜能，从干细胞的角度研究神经细胞再生和治疗上述疾病可能是最有前景的方向。干细胞移植给这类疾病的治疗带来了新的希望。
神经组织中存在有干细胞，但目前还不知道如何活化和诱导神经干细胞增殖、分化，利用原有的细胞再生神经细胞功能还需要大量的努力。到目前为止，最鼓舞人心的结果是把胎儿脑组织中能分泌多巴胺的神经元细胞移植到帕金森氏病人的特定部位发挥作用，结果取得明显疗效。但这种途径的最大困难是难以获得足够量的能分泌多巴胺的神经细胞。科学家利用动物实验方法，建立和发展了分离神经干细胞并诱导繁殖数代具有成熟多巴胺神经细胞的方法，大量多巴胺能干细胞供体将冲破组织数量的限制，可以在体外大量生产。当这些细胞移植于实验性帕金森氏病啮齿动物的大脑，这些动物表现出控制运动能力明显改善。
在其他的实验中，科学家还在干细胞中插入分泌决定性酶基因，然后将这些细胞移植于患家族性黑蒙性白痴病的实验动物大脑，同样得出令人鼓舞的结果。细胞替代治疗的实验同样适合于其他慢性病、急性疾病，如脊髓损伤及中风，对棘手的癫痫移植治疗同样没问题。来自干细胞的细胞移植治疗的前景巨大，细胞移植将成为临床神经系统疾病治疗的有效手段之一，但最关键的问题是要解决移植材料来源和植人材料与体内组织的良好整合并发挥功能的问题，目前已在这些问题上取得重要进展。
干细胞的可塑性决定了干细胞移植适合各种神经病变的治疗。如果我们弄清干细胞向神经细胞分化的分子机制，例如，干细胞可特殊化替代某一类型的神经细胞，即转化为相应的细胞以治疗帕金森氏病、老年性痴呆症或多发性肌萎缩等。在其他病变的治疗中，如多发性肌萎缩，不是神经细胞而是支持细胞即在神经纤维周围包裹电解质的神经胶质细胞病变，干细胞可替代之。在中风、脑外伤的治疗中，我们可利用干细胞转化为各种类型脑细胞，整合令受伤的脑组织再生。在酶缺乏的先天性疾病治疗中，对大脑移植能分泌所需的酶的干细胞是关键。也可依靠干细胞生产神经生长因子——维持神经系统自然生长存活的因子。
干细胞在细胞移植中发挥着重要作用。干细胞还可用于神经系统疾病治疗药物筛选。年发表了一些令人鼓舞的研究结果。长期认为成人大脑神经细胞是不可再替代的，而科学家发现在成人甚至60岁老人，大脑某些部位神经干细胞是可再替代的。如果我们能了解控制干细胞增生、特化的自然信号和知道如何运用这些信号，我们便可帮助大脑在脆弱区域更新自己。
干细胞研究的前景是真实的，但要实现干细胞治疗神经系统病变，我们必须攻克几个难关。我们不知如何控制于细胞存活和特化。在大脑适当部位移植干细胞是非常困难的。这些都有待于我们对神经系统干细胞的基本生理进一步了解和应用于治疗中。
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