造血干细胞移植治疗是最早应用于地中海贫血的干细胞治疗方法，据统计目前有超过3000例重型地中海贫血患者成功接受造血干细胞移植治疗。根据造血干细胞的来源可分为骨髓造血干细胞移植、外周血造血干细胞移植和脐血造血干细胞移植。
骨髓造血干细胞移植：早在1982年美国就应用同胞骨髓移植技术成功治愈了1例重型β地中海贫血患者。近期于2015至2016年完成了具有完全匹配供者的12例重度地中海贫血患者的骨髓移植，这些患者的肝脏肿大均小于2cm，被评估为1-2级。
移植方案包括：
①受者移植前第2-5天使用环磷酰胺50mg/(kg·d)，即4天总剂量为200mg/kg；第6-9天口服白消安3.5mg/kg，每日4次，即总剂量为14mg/(kg·d)；第10-12天使用抗人胸腺细胞免疫球蛋白4mg/(kg·d)；
②供者骨髓采集前3天或5天内使用非格司亭5μg/kg，每天2次，即总剂量为10μg(kg·d)，以促进供者髓系造血干细胞增殖、分化和成熟，并促使中性粒细胞释放至血流，增加在外周血中的数量和提高其功能；
③通过化疗等方式清除受者体内残存的骨髓液，然后将人类白细胞抗原相容骨髓液通过静脉注射输入到受者体内；
④使用环孢素联合甲氨蝶呤或霉酚酸酯预防移植物抗宿主病。骨髓造血干细胞移植成功率一般可达80%以上，但在亲缘关系较高的地区，只能找到10%-20%完全匹配的捐赠者。由于目前国内骨髓移植治疗缺乏匹配的样本来源，同时手术移植前后患者需要经过长时间的药物预处理治疗和抗免疫治疗，依然使许多地中海贫血患者无法获得及时有效的治疗。
