多能干细胞（pluripotent stem cells,PSCs）包括胚胎干细胞和诱导多能干细胞。由于PSCs具有无限增殖和分化成不同三胚层细胞的能力,使得它在研究胚胎或器官发育、疾病模型构建、细胞治疗、药物研发及毒性测试等方面具有重要的应用价值。而目前在多能干细胞应用过程中,干细胞的数量和质量控制方面存在问题。解决多能干细胞应用过程中的阻碍需要有一个稳定的培养体系作为支撑,从而可以在体外生产大量、高质量的人PSCs。虽然目前有很多体系用于人PSCs的培养,比如:MEF-CM、KSR/bFGF、m Te SR、E8、NHSM、5i LAF、t2i LGǒ、LCDM等等。然而不同培养体系以及这些体系下培养的细胞,在不同程度上存在些问题。第一,体系成分复杂且存在异源蛋白,制约了临床转化应用;第二,体系不支持单细胞传代,或者单细胞传代时细胞存活率低,导致培养低效,不利于基因编辑和单细胞克隆的筛选,从而限制多能干细胞的应用;第三,干细胞在培养过程中产生自发分化,影响了细胞的质量;第四,部分体系会导致多能干细胞的基因组不稳定,遗传印记丢失,给其应用带来安全隐患;第五,体系不支持规模化的扩增或者在进行规模化扩增时产量低,难以满足细胞应用时的数量要求。第六,部分体系对多能干细胞的兼容性差。这些问题极大地限制了PSCs的应用。建立新的培养体系对于多能干细胞的高质量生产、高效建立和大规模扩增具有重要意义,可以推动多能干细胞的应用。现研究表明多能干细胞的自我更新和多向分化潜能受到不同的信号通路调节。比如,啮齿类和灵长类胚胎发育过程中,Wnt信号通路控制细胞命运决定和组织形态发生,调控多能干细胞的增殖或分化。Activin/Nodal信号通路,在灵长类的胚胎发育中可以直接调控多能性转录因子Nanog等的表达,而且在人的多能干细胞中也可以维持干细胞的自我更新和促进其增殖,因此该信号无论在体内还是体外对人的多能性维持有着重要作用。总的来说,Wnt和Activin/Nodal信号通路在调控人干细胞的多能性中起着重要作用,然而Wnt和Activin/Nodal信号能否被精确调控以协同维持多能干细胞的自我更新还不清楚。在本研究中,我们利用可以调控Wnt和Activin/Nodal这两个信号通路的小分子和生长因子的不同浓度组合,去筛选新的多能干细胞培养体系。最终我们筛选得到一个新的多能干细胞培养体系,命名为AIC体系（10ng/ml Activin-A,2μM IWP2和0.6μM CHIR）。该体系成分明确且无异源成分,利于临床转化应用。该体系可以协同调控Wnt和Activin/Nodal信号通路来维持多能干细胞的自我更新。AIC体系支持从囊胚或者以体细胞重编程方式直接建立新的干细胞系,在建立新干细胞系的效率上比现在常用体系的建系效率更高,同时也支持现有干细胞系转换到AIC培养体系。而且,AIC体系可以支持饲养层、无饲养层（基质胶:Matrigel,玻连蛋白等）和悬浮三种培养模式,满足不同的实验需求。同时,AIC体系还支持高效的悬浮扩增,4天可以增殖25倍左右,为干细胞的大规模培养奠定了一定的基础;AIC体系培养的多能干细胞的活力好、单细胞克隆效率高（>90%）,利于基因编辑等操作应用;AIC体系培养的细胞均一性高,无自发分化,提高了细胞质量。AIC体系下长期培养的干细胞保持了基因组的稳定性,保证其安全性;同时AIC体系,对不同的干细胞系兼容性很好,可以维持不同的干细胞系的多能性。我们还初步探索了Wnt和Activin/Nodal信号通路对干细胞多能性的维持机制。总之,通过调控Wnt和Activin/Nodal信号建立的AIC体系可以解决现有多能干细胞培养体系存在的问题,进而解决多能干细胞应用过程中对细胞质量和数量的要求,有利于建立GMP级的干细胞,为多能性干细胞的临床转化与应用奠定基础。