胎兒干細胞 (ESC) 是多能干細胞，來源于胚泡（早期植入前胚胎）的內細胞團。 人類胚胎在受精后 4-5 天達到囊胚階段，此時它們由 50-150 個細胞組成。 使用免疫手術分離內細胞團（成胚細胞）會導致囊胚的破壞，這一過程會引發倫理問題，包括植入前階段的胚胎是否具有與植入后發育階段的胚胎相同的道德考慮。

研究人員目前主要關注胚胎干細胞的治療潛力，臨床應用是許多實驗室的目標。 潛在用途包括治療糖尿病和心臟病。 這些細胞正在研究中，以用作臨床療法、遺傳疾病模型和細胞/DNA 修復。 然而，研究和臨床過程中的不良反應如腫瘤和不良免疫反應也有報道。

胚胎干細胞 (ESC) 源自早期哺乳動物胚胎的胚泡階段，其特點是能夠分化成任何胚胎細胞類型和自我更新能力。 正是這些特性使它們在科學和醫學領域具有重要價值。 ESC 具有正常的核型，保持高端粒酶活性，并表現出顯著的長期增殖潛力。

內細胞團的胎兒干細胞具有多能性，這意味著它們能夠分化產生原始外胚層，最終在原腸胚形成過程中分化為三個主要胚層的所有衍生物：外胚層、內胚層和中胚層。 這些胚層產生成人體內 220 多種細胞類型中的每一種。 當提供適當的信號時，胚胎干細胞最初形成前體細胞，隨后分化成所需的細胞類型。 多能性將胚胎干細胞與成體干細胞區分開來，成體干細胞是多能的，只能產生有限數量的細胞類型。

在特定條件下，胚胎干細胞能夠在未分化狀態下無限期地自我更新。 自我更新條件必須防止細胞聚集并維持支持非特化狀態的環境。 通常，這是在實驗室中使用含有血清和白血病抑制因子的培養基或含有兩種抑制藥物 (2i)、MEK 抑制劑 PD03259010 和 GSK-3 抑制劑 CHIR99021 的無血清培養基補充劑完成的。

由于細胞周期中的 G1 期縮短，ESC 分裂非常頻繁。 快速細胞分裂可使細胞數量快速增長，但體積不會快速增長，這對早期胚胎發育很重要。 在胚胎干細胞中，參與 G1/S 轉換的細胞周期蛋白 A 和細胞周期蛋白 E 總是高水平表達。 促進細胞周期進程的細胞周期蛋白依賴性激酶如 CDK2 過度活躍，部分原因是它們的抑制劑下調。 在細胞準備好進入 S 期之前抑制轉錄因子 E2F 的視網膜母細胞瘤蛋白在 ESC 中被過度磷酸化和失活，導致增殖基因的持續表達。 這些變化導致細胞分裂周期加速。 盡管促增殖蛋白的高表達水平和縮短的 G1 期與維持多能性有關，但在無血清 2i 條件下生長的 ESC 確實表達低磷酸化的活性視網膜母細胞瘤蛋白并具有延長的 G1 期。 盡管與在含有血清的培養基中生長的 ESC 相比，細胞周期存在這種差異，但這些細胞具有相似的多能特性。 多能性因子 Oct4 和 Nanog 在轉錄調節胚胎干細胞周期中發揮作用。

由于它們的可塑性和潛在的無限自我更新能力，胚胎干細胞療法已被提議用于受傷或疾病后的再生醫學和組織替代。多能干細胞已顯示出治療多種不同病癥的希望，包括但不限于：脊髓損傷、年齡相關性黃斑變性、糖尿病、神經退行性疾病（如帕金森病）、艾滋病等。

除了 胚胎干細胞在再生醫學方面的潛力提供了一種可能的組織/器官替代來源，可以解決供體短缺的困境。 不過，圍繞這一點存在一些倫理爭議。 除了這些用途，胚胎干細胞還可以用于人類早期發育、某些遺傳疾病和體外毒理學測試的研究。