胚胎干细胞可以分化为任何类型细胞和组织，其在糖尿病等多种疾病中极具应用价值。通过从小鼠胚胎干细胞成功分离到一株可分泌胰岛素的细胞克隆，体外给予不同浓度的促分泌素可以调节胰岛素基因表达，而将该细胞克隆(1×106)植入脾脏1周即可纠正链脲霉素所致糖尿病小鼠的高血糖症，4周后其体重恢复正常，糖耐量试验也逐渐恢复。

 

人胚胎干细胞在体外贴壁培养和悬浮培养时都能分化为表达胰岛素阳性的细胞，其他多种胰岛β细胞标志(如葡萄糖转运子-2等)均为阳性，提示人胚胎干细胞也可以分化为胰岛β细胞，从而发挥糖尿病治疗作用。在胚胎发育过程中，胰腺是由与脊索相连的内胚层分化而来，虽然发育成熟的胰腺与中枢神经系统的来源和功能完全不同，但控制其发育机制是相似的，因此，Lumelsky等首先将小鼠胚胎干细胞诱导分化为神经巢蛋白阳性细胞(神经巢蛋白是神经干细胞的关键标志)，改变培养条件后，这些神经巢蛋白阳性细胞可以分化为神经元和多种胰腺内分泌细胞，并可形成胰岛样结构，并在培养第6天逐渐发育成熟，胰岛素表达为阳性，葡萄糖刺激时其胰岛素含量可增加40倍；但研究发现，这些细胞分泌胰岛素仍少于正常胰岛细胞，仅占1/50；这些细胞通过皮下注射方法移植到体内后容易存活，12d即可见血管生长，并且在体内仍能分泌胰岛素，对链脲霉素诱导的糖尿病小鼠具有一定的治疗作用，表现为体重正常，存活时间明显延长，但这种细胞移植不能持续纠正糖尿病小鼠的高血糖症，其原因可能是这些细胞分泌的胰岛素含量较少，或皮下移植并非理想的途径，对血糖的反应不够敏感。治疗组小鼠在1周内血糖浓度即恢复正常，而通过胰岛β细胞再生需要6～8周时间]，因此，胚胎干细胞可以直接诱导分化为胰岛β细胞，在体内、外都具有合成和分泌胰岛素的功能，提示胚胎干细胞是一种较好的用于细胞替代治疗的细胞来源。

 

近来已在体内多种组织中分离培养出成体干细胞，加之成体干细胞同样具有多向分化潜能，因此，来源于胰腺或胰腺外组织的成体干细胞也已成为糖尿病治疗的重要干细胞来源。胰腺包括三种类型的组织，分别是胰岛中可分泌激素的内分泌细胞(内分泌细胞包括4种细胞)、含外分泌的腺泡细胞(acini)以及泡心细胞、小导管和排泄管等，所有这些细胞都具有共同的来源，但发育成熟的胰腺组织中腺泡和导管上皮细胞仍保留着明显的增殖活性，其中的胰腺导管上皮细胞即是主要的胰腺多能干细胞;在组织受损、胰岛受到破坏时，它们可以增殖、分化为胰岛β细胞，这也是机体补充胰岛β细胞的主要来源。Zulewski等发现，在胰岛、胰腺导管及外分泌胰腺中存在神经巢蛋白阳性细胞，它们在体外具有长期增殖能力，从胰岛来的这种细胞具有干细胞的特性，并能分化为与肝细胞、胰腺外分泌细胞/导管细胞和内分泌细胞相似的细胞，因此，除了胰腺导管上皮细胞外，胰岛中也存在多能干细胞，并可分化为胰岛β细胞，用于糖尿病治疗。在一定条件下，来源于肝脏的卵圆干细胞也具有这种分化潜能。高糖环境可诱导肝脏卵圆干细胞分化，并自发形成胰岛样的三维结构，这些分化的细胞可表达胰腺十二指肠同源盒基因-1、胰高血糖素、葡萄糖转运-2等与胰岛细胞分化相关的基因以及胰岛特异分泌的分子(如胰岛素、胰高血糖素等)。另外，给予十二指肠同源盒基因-1刺激时，肝脏中胰岛素含量增加25倍，血浆胰岛素含量增加3倍，并且可以改善糖尿病动物的高血糖症，这可为糖尿病治疗提供新的可表达胰岛素的细胞来源。