自然殺手細胞（NK細胞）是一種不同於T、B淋巴細胞的大顆粒淋巴細胞，其細胞表面分子具有CD3-/CD56+的特徵，約占人體所有淋巴細胞的10%~15%。NK細胞主要源自於人類骨髓內的造血幹細胞（Hematopoietic stem cells, 簡稱 HSC），造血幹細胞會先分化成骨髓前驅細胞（Myeloid precursor cells）及淋巴前驅細胞（Common lymphoid precursor），而淋巴前驅細胞可進一步分化為NK細胞、T細胞及B細胞。

NK細胞與其他細胞之不同之處，在於其不須先經過一段時間的免疫刺激，即可針對癌細胞進行非專一性的攻擊，並且可釋放特殊細胞激素，作為細胞活化之標記。在辨識細胞是否為正常細胞或癌細胞部分，T細胞須透過辨認體內細胞的主要組織相容性複合體第一型（MHC-I），T細胞的毒殺能力才會啟動。但NK細胞的毒殺控制機轉為missing self recognition理論。NK細胞表面表現killer immunoglobulin receptors (KIRs)受體，當癌細胞表面缺少或沒有表現相同的KIR受質(ligand)，則會經由NK活化受體傳遞活化訊息增強NK細胞毒殺作用，KIRs能夠與正常細胞表面之MHC-I結合，抑制NK細胞毒殺活性，由於MHC-I分子主要負責呈現胞內抗原，為躲避MHC-I所引起的T細胞毒殺反應，癌細胞之MHC-I表現常較正常細胞為低，故會被NK細胞辨識，NK細胞接近癌細胞後會分泌穿孔素（Perforin），使目標細胞膜破洞並形成一管道，並經由注入一種蛋白酶（Granzyme），使目標細胞內部發生溶解而出現細胞凋亡（Apoptosis）達到摧毀目標細胞的功用。因此有些癌症細胞即使藉由隱藏MHC-I逃避專一性免疫系統T細胞的辨認，NK細胞就可發揮搜尋這些隱藏MHC-I的癌細胞並進行摧毀的作用。

然而NK細胞主要分佈於人體周邊血液系統，因此透過抽取血液，後續再將NK細胞分離出來，並加入特定細胞激素經由14天左右的培養，便可使NK細胞大量增生和活化，這些活化的NK細胞最後可經由一般點滴方式，就能將這群優質的免疫細胞軍隊注射回人體，發揮毒殺癌細胞的作用來抑制腫瘤的增大或癌細胞擴散，甚至使其縮小或消失。

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