机体内的每个细胞都具有相同的一组基因。眼细胞不同于干细胞是因为它们开启和关闭的基因存在差异。在视网膜细胞中，感光的基因被开启，编码消化蛋白的基因被关闭。在肝细胞中，情况则正好相反。科学家们在利用胚胎细胞治疗失明以前，就已经知道了患者所需的视网膜细胞中哪些基因需要被开启，哪些则需要关闭。利用化合物和蛋白培育胚胎干细胞使它们分化为视网膜细胞，研究人员获得了无限供应的细胞。能够做到这一点，是研究人员数十年科研努力的结果。追溯干细胞的发现史，1868年德国生物学家Ernst Haeckel第一次利用“干细胞”一词来描述受精卵。从1981年起，研究人员长期致力于小鼠胚胎干细胞研究工作，直至1998年研究人员首次分离出小鼠胚胎干细胞，标志着这一研究领域出现腾飞。

当来自美国威斯康星大学麦迪逊分校的James Thomson及研究团队成功从胚泡中获得一群称为“内细胞团”的细胞时，标志着取得了突破性的进展。胚泡是一种极早期的胚胎，此处研究人员是通过在实验室中操控精子和卵子的受精而获得的。在临床上，辅助生殖中心的科学家们通常会制造出比预备受孕父母预期的更多的胚胎，按照父母的意愿，受孕后剩余的胚胎通常会被冻存起来或丢弃。在这种情况下，父母可以将多余的胚泡供科学研究。如果将胚泡植入到子宫内，内细胞团将会形成胎儿或滋养外胚层，并最终形成附组织例如胎盘。在不植入子宫的情况下，研究人员可将内细胞团转变为细胞培养物。

为了做到如此，研究人员需分离出内细胞团，并这些细胞置于平底皿中培育成细胞系。营养丰富的培养液和一些小鼠细胞作为滋养或支持细胞，是培育这些细胞的必要条件。

分离的细胞持续地生长。事实上，干细胞的部分定义就是它能够几乎无限地分裂，生成越来越多的干细胞。相比之下，普通细胞受到端粒的限制，在经历一定次数的分裂后就会死亡。细胞的DNA复制机器无法达到DNA链的最顶端，因此随着每次细胞分裂端粒会逐渐缩短。而干细胞中包含一种端粒酶，能够构建端粒备份，使细胞获得永生。

然而，除了能够永久分裂，干细胞还必须即具备多能性，能够形成所有的细胞类型。在胚胎发育过程中，机体所有的器官和组织都是分别由三个胚层：内胚层、中胚层和外胚层发育形成。多能细胞能够形成所有三个胚层。只能形成一个胚层的细胞就已经走上了分化的道路，而不再具多能性。

科学家们通常利用将细胞注入小鼠的方法来检测细胞的多能性。一旦进入小鼠体内，多能干细胞会形成畸胎瘤（包含三个胚层的细胞团）。Thomson的细胞通过了检测。他们发现了生成胚胎干细胞的机制。

科学家们现在获得了大量可无限分裂，并具有多能性的胚胎干细胞。他们知道如何分离这些细胞，如何在实验室操作这些细胞，他们知道如何在适当的培养条件下使细胞维持健康。但是为什么他们还不能将胚胎干细胞转变为治疗疾病所需的细胞类型呢？

不幸的是，这并非是件容易的事情。就治疗黄斑变性所需的视网膜细胞来说，研究人员已经确定了哪些分子能够诱导干细胞形成眼睛移植所需的正确细胞类型。然而它们还不知道诱导干细胞转变为我们体内所有220种细胞所需的特殊条件和移植技术。不同的细胞类型需要不同的条件和分子指令。除了受到细胞培养技术的限制，由于并非人人都支持开展胚胎干细胞研究，伦理文化也是科学家们面临的重要障碍。