ศักยภาพของเซลล์คือความสามารถของเซลล์ ใน การแบ่งตัวเป็นเซลล์ประเภทอื่น^{[ 1 ] [ 2 ]} ยิ่งเซลล์สามารถแบ่งตัวเป็นเซลล์ประเภทต่างๆ ได้มากเท่าไร ศักยภาพของเซลล์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ศักยภาพยังถูกอธิบายว่าเป็นศักยภาพในการกระตุ้นยีนภายในเซลล์ ซึ่งเปรียบเสมือนความต่อเนื่อง เริ่มต้นด้วย ศักยภาพสูงสุด (totipotency)เพื่อระบุเซลล์ที่มีศักยภาพในการแบ่งตัวมากที่สุด ตามด้วยศักยภาพ หลายด้าน ( pluripotency ) ศักยภาพหลายด้าน (multipotency ) ศักยภาพน้อยด้าน (oligopotency)และสุดท้ายคือศักยภาพด้านเดียว (unipotency )

โท ติโพเทนซี (ภาษาละติน: totipotentia แปลว่า ' ความสามารถสำหรับทุกสิ่ง' ) คือความสามารถของเซลล์ เดียว ในการแบ่งตัวและสร้างเซลล์ที่แตกต่างกันทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตสปอร์และไซโกตเป็นตัวอย่างของเซลล์โทติโพเทน ซี ^{[ 3 ]} ในสเปกตรัมของศักยภาพของเซลล์ โทติโพเทนซีแสดงถึงเซลล์ที่มี ศักยภาพใน การสร้างความแตกต่าง สูงสุด โดยสามารถสร้างความแตกต่างไปเป็น เซลล์ ตัวอ่อน ใดๆ ก็ได้ เช่นเดียวกับ เซลล์ เนื้อเยื่อนอกตัวอ่อน ใดๆ ก็ได้ ในทางตรงกันข้าม เซลล์พลูริโพเทนซีสามารถสร้างความแตกต่างไปเป็นเซลล์ตัวอ่อนได้เท่านั้น^{[ 4 ] [ 5 ]}

เซลล์ที่แยกตัวอย่างสมบูรณ์สามารถกลับคืนสู่สภาวะโทติโพเทนซีได้^{[ 6 ]}การเปลี่ยนกลับไปสู่โทติโพเทนซีมีความซับซ้อนและยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ ในปี 2554 งานวิจัยได้เปิดเผยว่าเซลล์อาจแยกตัวออกไปไม่ใช่เป็นเซลล์โทติโพเทนซีอย่างสมบูรณ์ แต่กลับกลายเป็น "รูปแบบเซลล์ที่ซับซ้อน" ของโทติโพเทนซีแทน^{[ 7 ]}

แบบจำลองการพัฒนาของมนุษย์สามารถใช้เพื่ออธิบายการเกิดของเซลล์ที่มีศักยภาพในการพัฒนาไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ได้^{[ 8 ]}การพัฒนาของมนุษย์เริ่มต้นเมื่ออสุจิปฏิสนธิกับไข่ และไข่ที่ได้รับการปฏิสนธิจะสร้างเซลล์ที่มีศักยภาพในการพัฒนาไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ เพียงเซลล์เดียว ซึ่งก็ คือไซโกต [ ^{9 ] ใน}ช่วงไม่กี่ชั่วโมงแรกหลังจากการปฏิสนธิ ไซโกตนี้จะแบ่งตัวเป็นเซลล์ที่มีศักยภาพในการพัฒนาไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ที่เหมือนกัน ซึ่งต่อมาสามารถพัฒนาไปเป็นชั้นเนื้อเยื่อต้นกำเนิดทั้งสามชั้นของมนุษย์ ( เอนโดเดิร์มเมโซเดิร์มหรือเอกโตเดิร์ม ) หรือเป็นเซลล์ของรก ( ไซโตโทรโฟบลาสต์หรือ ซิง ซิโอโทรโฟบลาสต์ ) หลังจากถึงระยะ 16 เซลล์ เซลล์ที่มีศักยภาพในการพัฒนาไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ของโมรูลาจะแตกต่างไปเป็นเซลล์ที่จะกลายเป็นมวลเซลล์ภายในของบลาสโตซิสต์หรือโทรโฟบลาสต์ ภายนอก ประมาณสี่วันหลังจากการปฏิสนธิ และหลังจากการแบ่งเซลล์หลายรอบ เซลล์ที่มีศักยภาพในการพัฒนาไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ เหล่านี้จะเริ่มมีความเชี่ยวชาญเฉพาะด้าน กลุ่มเซลล์ชั้นใน ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของเซลล์ต้นกำเนิดตัวอ่อนจะกลายเป็นเซลล์ที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ได้หลายชนิด

การวิจัยเกี่ยวกับCaenorhabditis elegansชี้ให้เห็นว่ากลไกหลายอย่าง รวมถึงการควบคุม RNAอาจมีบทบาทในการรักษาความสามารถในการพัฒนาไปเป็นเซลล์ทุกชนิดในระยะต่างๆ ของการพัฒนาในบางสายพันธุ์^{[ 10 ]}งานวิจัยกับปลาซีบราและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชี้ให้เห็นถึงปฏิสัมพันธ์เพิ่มเติมระหว่างmiRNAและโปรตีนที่จับกับ RNA (RBPs) ในการกำหนดความแตกต่างของการพัฒนา^{[ 11 ]}

ในเซลล์สืบพันธุ์ ดั้งเดิมของหนู การปรับเปลี่ยนจีโน ม ทั่วทั้ง ระบบที่นำไปสู่ความสามารถในการสร้าง เซลล์ทุกชนิดเกี่ยวข้องกับการลบร่องรอยทางพันธุกรรม การปรับเปลี่ยนจีโน มได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการกำจัดเมทิลของ DNA ที่ทำงานอยู่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับ เส้นทางเอนไซม์การซ่อมแซมการตัดฐาน DNA ^{[ 12 ]} เส้นทางนี้เกี่ยวข้องกับการลบเมทิลเลชั่นของCpG (5mC) ในเซลล์สืบพันธุ์ดั้งเดิมผ่านการแปลง 5mC เป็น5-ไฮดรอกซีเมทิลไซโตซีน (5hmC) ในขั้นต้น ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ขับเคลื่อนโดยเอนไซม์ไดออกซิเจเนส TET-1และ TET-2 ในระดับ สูง^{[ 13 ]}

เซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักยภาพหลายอย่าง (ภาษาละติน: pluripotentia แปลว่า ' ความสามารถในการทำหลายสิ่ง' ) ^{[ 14 ]}คือเซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักยภาพที่จะแตกต่างไปเป็นเซลล์ใดๆ ก็ได้ในสาม ชั้นของเนื้อเยื่อตัวอ่อนได้แก่เอนโดเดิร์ม (ลำไส้ ปอด และตับ) เมโซเดิร์ม (กล้ามเนื้อ โครงกระดูก หลอดเลือด ระบบทางเดินปัสสาวะและสืบพันธุ์ ผิวหนัง) หรือเอกโตเดิร์ม (ระบบประสาท ระบบรับความรู้สึก ผิวหนัง) แต่ไม่สามารถพัฒนาไปเป็นเนื้อเยื่อภายนอกตัวอ่อน เช่น รกหรือถุงไข่แดงได้^{[ 15 ]}

เซลล์ต้นกำเนิดแบบเหนี่ยวนำให้เกิดความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ (Induced pluripotent stem cells) ซึ่งมักย่อว่า iPS cells หรือ iPSCs เป็นเซลล์ต้น กำเนิดชนิดหนึ่ง ที่ถูกสร้างขึ้นจากเซลล์ที่ไม่มีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ โดยทั่วไปคือเซลล์ร่างกายของ ผู้ใหญ่ โดยการเหนี่ยวนำให้เกิดการแสดงออกของยีนและปัจจัยการถอดรหัส บางชนิดแบบ " บังคับ" ^{[ 16 ]}ปัจจัยการถอดรหัสเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการกำหนดสถานะของเซลล์เหล่านี้ และยังเน้นย้ำถึงข้อเท็จจริงที่ว่าเซลล์ร่างกายเหล่านี้ยังคงรักษาข้อมูลทางพันธุกรรมเช่นเดียวกับเซลล์ตัวอ่อนในระยะเริ่มต้น^{[ 17 ]}ความสามารถในการเหนี่ยวนำเซลล์ให้เข้าสู่สถานะที่มีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ได้รับการบุกเบิกครั้งแรกในปี 2006 โดยใช้ไฟโบรบลาสต์ ของหนู และปัจจัยการถอดรหัสสี่ตัว ได้แก่Oct4 , Sox2 , Klf4และ c- Myc [ ^{18 ] เทคนิค}นี้เรียกว่าการรีโปรแกรมมิงซึ่งต่อมาทำให้Shinya YamanakaและJohn Gurdon ได้รับ รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์^{[ 19 ]}ต่อมาในปี 2550 ได้มีการเหนี่ยวนำเซลล์ iPSC ของมนุษย์ที่ประสบความสำเร็จจากไฟโบรบลาสต์ผิวหนังของมนุษย์โดยใช้วิธีการที่คล้ายคลึงกับวิธีการที่ใช้ในการเหนี่ยวนำเซลล์ของหนู^{[ 20 ]}เซลล์ที่เหนี่ยวนำเหล่านี้แสดงลักษณะที่คล้ายคลึงกับเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน (ESC) แต่ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวอ่อน ความคล้ายคลึงบางประการระหว่าง ESC และ iPSC ได้แก่ ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดต่างๆรูปร่างความสามารถในการสร้างตัวเองใหม่ ซึ่งเป็นลักษณะที่บ่งชี้ว่าพวกมันสามารถแบ่งตัวและจำลองตัวเองได้อย่างไม่จำกัด และ การ แสดงออกของยีน^{[ 21 ]}

ปัจจัย เอพิเจเนติกส์ยังเชื่อว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างโปรแกรมใหม่ของเซลล์ร่างกายเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดภาวะพหุศักยภาพ มีทฤษฎีที่ว่าปัจจัยเอพิเจเนติกส์บางอย่างอาจทำงานเพื่อล้างเครื่องหมายเอพิเจเนติกส์ของเซลล์ร่างกายเดิมเพื่อให้ได้เครื่องหมายเอพิเจเนติกส์ใหม่ที่เป็นส่วนหนึ่งของการบรรลุสถานะพหุศักยภาพ โครมาตินยังถูกจัดระเบียบใหม่ใน iPSCs และกลายเป็นเหมือนที่พบใน ESCs ซึ่งมีความหนาแน่นน้อยลงและเข้าถึงได้ง่ายขึ้น การดัดแปลง ยูโครมาตินก็พบได้ทั่วไป ซึ่งสอดคล้องกับสถานะของยูโครมาตินที่พบใน ESCs เช่นกัน^{[ 21 ]}

เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับ ESC อย่างมาก ชุมชนทางการแพทย์และการวิจัยจึงให้ความสนใจใน iPSC iPSC อาจมีศักยภาพในการรักษาและการประยุกต์ใช้เช่นเดียวกับ ESC แต่ไม่ต้องใช้ตัวอ่อนซึ่งเป็นประเด็นถกเถียงด้านจริยธรรมชีวภาพ การเหนี่ยวนำความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ของเซลล์ร่างกายให้กลายเป็นเซลล์ iPS ที่ไม่แตกต่างกัน นั้น เดิมทีได้รับการยกย่องว่าเป็นจุดสิ้นสุดของการใช้เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนที่เป็น ที่ถกเถียงกัน อย่างไรก็ตาม พบว่า iPSC มีศักยภาพในการก่อให้เกิดเนื้องอกและถึงแม้จะมีความก้าวหน้า^{[ 16 ]}ก็ไม่เคยได้รับการอนุมัติสำหรับการวิจัยในระยะคลินิกในสหรัฐอเมริกาจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ปัจจุบัน เซลล์ต้นกำเนิดโดปามีนที่ได้จาก iPSC ของผู้ป่วยเองถูกนำมาใช้ในการทดลองเพื่อรักษาโรคพาร์กินสัน^{[ 22 ]}นอกจากนี้ยังพบอุปสรรค เช่น อัตราการจำลองแบบต่ำและการเสื่อมสภาพก่อนวัยอันควรในการสร้าง iPSC ^{[ 23 ]}ซึ่งขัดขวางการใช้งานเป็นตัวทดแทน ESC

การแสดงออกของปัจจัยการถอดรหัส แบบรวมใน เซลล์ร่างกายสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดชะตากรรมของเซลล์ร่างกายอื่น ๆ ที่กำหนดไว้ได้โดยตรง ( การเปลี่ยนสภาพเซลล์) นักวิจัยระบุปัจจัยการถอดรหัสเฉพาะสายเซลล์ประสาท 3 ชนิดที่สามารถเปลี่ยนไฟโบรบลาสต์ของหนู (เซลล์เนื้อเยื่อเกี่ยวพัน) ให้กลายเป็นเซลล์ประสาท ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ ^{[ 24 ]}ผลลัพธ์นี้ท้าทายธรรมชาติขั้นสุดท้ายของการแบ่งเซลล์และความสมบูรณ์ของการกำหนดสายเซลล์ และบ่งชี้ว่าด้วยเครื่องมือที่เหมาะสม เซลล์ ทั้งหมดมีศักยภาพในการสร้างเนื้อเยื่อได้ทุกชนิด

การใช้งานทางการแพทย์และการบำบัดที่เป็นไปได้บางประการสำหรับ iPSC ที่ได้จากผู้ป่วย ได้แก่ การใช้ในการปลูกถ่ายเซลล์และเนื้อเยื่อโดยไม่มีความเสี่ยงต่อการปฏิเสธที่มักพบได้ทั่วไป iPSC อาจสามารถใช้แทนแบบจำลองสัตว์ที่ไม่เหมาะสม รวมถึง แบบจำลอง ในหลอดทดลองที่ใช้ในการวิจัยโรคได้^{[ 25 ]}

เนื่องจากการวิจัยและการประยุกต์ใช้ ESCs และ iPSCs ขยายตัวอย่างต่อเนื่องในแบบจำลองเวชศาสตร์ฟื้นฟู จึงจำเป็นต้องมีการตรวจสอบคุณภาพของเซลล์ทดสอบ ขั้นตอนที่เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางซึ่งใช้ได้ผลทั้งกับ ESCs และ iPSCs ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมคือการทดสอบการก่อตัวของเทอราโตมา^{[ 26 ]}เทอราโตมาเป็นเนื้องอกที่ไม่เป็นอันตราย (โดยทั่วไป) ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือความสามารถในการสร้างชั้นเนื้อเยื่อต้นกำเนิดทั้งสามชั้น ได้แก่ เอกโตเดิร์ม (เส้นประสาท เนื้อเยื่อบุผิว) เมโซเดิร์ม (กล้ามเนื้อ กระดูก และกระดูกอ่อน) และเอนโดเดิร์ม (ลำไส้) ^{[ 26 ]}

การทดสอบการก่อตัวของเทอราโตมาทำได้โดยการฉีดเซลล์ทดสอบที่คาดว่าจะเป็นเซลล์ที่มีศักยภาพหลายอย่างเข้าไปในเนื้อเยื่อต่างๆ บริเวณบางส่วนได้แก่ แต่ไม่จำกัดเพียง: แคปซูลไต ภายในอัณฑะ และบริเวณกล้ามเนื้อของหนูที่มีภูมิคุ้มกันบกพร่อง^{[ 26 ] [ 27 ]}ศักยภาพหลายอย่างที่กำหนดได้นั้นมีลักษณะเฉพาะคือความสามารถของเซลล์ทดสอบในการสร้างเทอราโตมาที่สามารถสร้างชั้นเนื้อเยื่อต้นกำเนิดที่แตกต่างกันสามชั้นได้

แม้ว่าการทดสอบการก่อตัวของเทอราโตมาจะถือเป็น "มาตรฐานทองคำ" ในหมู่นักวิจัย แต่ก็มีปัญหาหลายประการเกิดขึ้นกับการทดสอบนี้^{[ 26 ]}ปัญหาหนึ่งที่สำคัญคือการขาดมาตรฐานเกี่ยวกับรายละเอียดเฉพาะและปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการก่อตัวของเทอราโตมา ประเด็นที่น่าเป็นห่วงเกี่ยวกับการกำหนดมาตรฐาน ได้แก่ตำแหน่งการปลูกถ่ายอายุของสิ่งมีชีวิตที่ใช้ทดสอบ (โดยทั่วไปคือหนู) และจำนวนเซลล์ที่ฉีดเข้าไปในสิ่งมีชีวิตที่ใช้ทดสอบ การทดสอบเหล่านี้ยังมีค่าใช้จ่ายสูงและยุ่งยากในการดำเนินการ และข้อกังวลด้านจริยธรรมก็เป็นปัญหาเนื่องจากการใช้สิ่งมีชีวิตที่ใช้ทดสอบ^{[ 26 ]}

ปัญหาอีกประการหนึ่งของการทดสอบประเภทนี้คือความเป็นไปได้ของข้อผิดพลาดในการอ่านเนื้อเยื่อวิทยา เซลล์ที่ไม่ได้รับการตั้งโปรแกรมใหม่อย่างสมบูรณ์เป็น iPSC ที่ก่อตัวเป็นกลุ่มเซลล์ที่เห็นได้ชัด ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับเทอราโตมา อาจถูกตัดสินว่าเป็นเซลล์ที่มีศักยภาพหลายอย่างทั้งที่ขาดชั้นเนื้อเยื่อต้นกำเนิดทั้งสามชั้น ความจำเป็นในการติดตามสายพันธุ์เซลล์และเครื่องหมายของเซลล์เจ้าบ้านเทียบกับเซลล์ผู้บริจาคก็ได้รับการกล่าวถึงเช่นกัน วัสดุเตรียมเซลล์บางชนิดอาจกระตุ้นให้เกิดการอักเสบหรือ การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อ แอนติเจน แปลกปลอม การตอบสนองเหล่านี้อาจมีบทบาทในการระบุความแตกต่างของเซลล์ทดสอบอย่างผิดพลาด^{[ 26 ]}

ผลการค้นพบเกี่ยวกับเอพิบลาสต์ก่อนและหลังการฝังตัวทำให้เกิดข้อเสนอในการจำแนกความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นสองสถานะ ได้แก่ "ไร้เดียงสา" และ "เตรียมพร้อม" ซึ่งแสดงถึงเอพิบลาสต์ก่อนและหลังการฝังตัวตามลำดับ^{[ 28 ]}ความต่อเนื่องจากไร้เดียงสาไปสู่เตรียมพร้อมถูกควบคุมโดยการลดลงของการสร้างไดเมอร์ของ Sox2/Oct4 บนองค์ประกอบ DNA ของ SoxOct ที่ควบคุมความสามารถในการเปลี่ยนแปลงที่ไร้เดียงสา^{[ 29 ]}เซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงที่เตรียมพร้อมจากสายพันธุ์ต่างๆ สามารถรีเซ็ตกลับสู่สถานะไร้เดียงสาได้โดยใช้ค็อกเทลที่มี Klf4 และ Sox2 หรือ "ซูเปอร์-Sox" ซึ่งเป็นปัจจัยการถอดรหัสแบบไคเมอริกที่มีความสามารถในการสร้างไดเมอร์กับ Oct4 เพิ่มขึ้น^{[ 29 ]}

เซลล์ต้นกำเนิดพื้นฐานที่ใช้กันทั่วไปในทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งเรียกว่าเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน (ESCs) นั้นได้มาจากเอพิบลาสต์ก่อนการฝังตัว เอพิบลาสต์ดังกล่าวสามารถสร้างทารกในครรภ์ได้ทั้งหมด และเซลล์เอพิบลาสต์หนึ่งเซลล์สามารถมีส่วนร่วมในสายเซลล์ทั้งหมดได้หากฉีดเข้าไปในบลาสโตซิสต์อีกตัวหนึ่ง ในทางกลับกัน สามารถสังเกตเห็นความแตกต่างที่ชัดเจนหลายประการระหว่างเอพิบลาสต์ก่อนและหลังการฝังตัว เช่น ความแตกต่างในรูปร่าง ซึ่งเอพิบลาสต์หลังการฝังตัวจะเปลี่ยนรูปร่างเป็นรูปทรงคล้ายถ้วยที่เรียกว่า "ทรงกระบอกไข่" รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซม ซึ่งโครโมโซม X ตัวหนึ่งถูกปิดใช้งานแบบสุ่มในระยะแรกของทรงกระบอกไข่ ซึ่งเรียกว่า การปิด ใช้งาน X ^{[ 30 ]}ในระหว่างการพัฒนานี้ เซลล์เอพิบลาสต์ทรงกระบอกของไข่จะถูกกำหนดเป้าหมายอย่างเป็นระบบโดยปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลา สต์ สัญญาณ Wntและปัจจัยเหนี่ยวนำอื่นๆ ผ่านถุงไข่แดงโดยรอบและเนื้อเยื่อโทรโฟบลาสต์^{[ 31 ]}ทำให้เซลล์เหล่านี้มีความเฉพาะเจาะจงตามการจัดระเบียบเชิงพื้นที่^{[ 32 ]}

ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือ เซลล์ต้นกำเนิดเอพิบลาสต์หลังการฝังตัวไม่สามารถมีส่วนร่วมในไคเมราบ ลาสโตซิสต์ ^{ได้ [} 33 ^{] ซึ่ง}ทำให้แตกต่างจากเซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักยภาพหลายอย่างอื่นๆ ที่รู้จักกัน เซลล์ไลน์ที่ได้มาจากเอพิบลาสต์หลังการฝังตัวดังกล่าวเรียกว่าเซลล์ต้นกำเนิดที่ได้จากเอพิบลาสต์ ซึ่งได้มาในห้องปฏิบัติการเป็นครั้งแรกในปี 2550 ทั้ง ESC และ EpiSC ได้มาจากเอพิบลาสต์ แต่ในระยะการพัฒนาที่แตกต่างกัน ศักยภาพหลายอย่างยังคงสมบูรณ์ในเอพิบลาสต์หลังการฝังตัว ดังที่แสดงให้เห็นโดยการแสดงออกที่คงที่ของNanog , Fut4และOct-4ใน EpiSC ^{[ 34 ]}จนถึงการสร้างโซมิตและสามารถย้อนกลับได้ในช่วงกลางของการแสดงออกของOct -4 ที่ถูกเหนี่ยวนำ ^{[ 35 ]}

ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ได้โดยไม่ต้องเหนี่ยวนำนั้น ได้ถูกสังเกตพบในเนื้อเยื่อเพาะเลี้ยงของ เนื้อเยื่อ เจริญปลายราก โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดย Kareem et al 2015, Kim et al 2018 และ Rosspopoff et al 2017 ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ นี้ถูกควบคุมโดยตัวควบคุมต่างๆ รวมถึง PLETHORA 1และPLETHORA 2และ PLETHORA 3 , PLETHORA 5และPLETHORA 7ซึ่ง Kareem พบว่าการแสดงออกของยีนเหล่านี้ถูกกระตุ้นโดยออกซิน (ยีนเหล่านี้ยังเป็นที่รู้จักในชื่อ PLT1, PLT2, PLT3, PLT5, PLT7 และแสดงออกโดยยีนที่มีชื่อเดียวกัน) ณ ปี 2019 คาดว่าสิ่งนี้จะเปิดโอกาสให้มีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ในเนื้อเยื่อราก^{[ 36 ]}

การรักษาสถานะพหุศักยภาพอาศัยเครือข่ายที่สมดุลอย่างละเอียดของปัจจัยการถอดรหัส เส้นทางการส่งสัญญาณ และตัวควบคุมเอพิเจเนติกส์ที่ทำงานร่วมกันเพื่อรักษาความสามารถของเซลล์ในการสร้างตัวเองอย่างไม่จำกัดและศักยภาพในการแยกตัวเป็นเซลล์ทุกประเภท ปัจจัยการถอดรหัสหลัก เช่น OCT4, SOX2 และ NANOG สร้างวงจรควบคุมส่วนกลางที่รักษาพหุศักยภาพโดยการกระตุ้นยีนที่จำเป็นสำหรับการสร้างตัวเองในขณะที่ยับยั้งสัญญาณการแยกตัว^{[ 37 ]}

ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์หลายชนิด (Multipotency) หมายถึงเซลล์ต้นกำเนิดมีศักยภาพในการกระตุ้นยีนเพื่อเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ตัวอย่างเช่น เซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือด (Hematopoietic Stem Cell หรือ HSC) ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์เม็ดเลือดหลายชนิด เช่นลิมโฟไซต์โมโนไซต์นิวโทรฟิลเป็นต้น แต่ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าHSCมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์สมองเซลล์กระดูกหรือเซลล์ชนิดอื่นๆ ที่ไม่ใช่เซลล์เม็ดเลือดหรือไม่

งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับเซลล์ที่มีศักยภาพหลายอย่างชี้ให้เห็นว่าเซลล์ที่มีศักยภาพหลายอย่างอาจสามารถเปลี่ยนเป็นเซลล์ประเภทอื่นที่ไม่เกี่ยวข้องได้ ในอีกกรณีหนึ่ง เซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดสายสะดือของมนุษย์ถูกเปลี่ยนเป็นเซลล์ประสาทของมนุษย์^{[ 38 ]}นอกจากนี้ยังมีงานวิจัยเกี่ยวกับการเปลี่ยนเซลล์ที่มีศักยภาพหลายอย่างให้เป็นเซลล์ที่มีศักยภาพหลายอย่าง^{[ 39 ]}

เซลล์ที่มีศักยภาพหลายอย่างพบได้ในเซลล์ของมนุษย์หลายประเภท แต่ไม่ใช่ทุกประเภท เซลล์ที่มีศักยภาพหลายอย่างพบได้ในเลือดจากสายสะดือ^{[ 40 ]}เนื้อเยื่อไขมัน^{[ 41 ]}เซลล์หัวใจ^{[ 42 ]}ไขกระดูกและเซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ (MSCs) ซึ่งพบใน ฟันกราม ซี่ที่สาม^{[ 43 ]}

MSC อาจพิสูจน์ได้ว่าเป็นแหล่งเซลล์ต้นกำเนิดที่มีค่าจากฟันกรามในช่วงอายุ 8–10 ปี ก่อนการเกิดแคลซิฟิเคชันของฟันในวัยผู้ใหญ่ MSC สามารถแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูก เซลล์กระดูกอ่อน และเซลล์ไขมันได้^{[ 44 ]}

ในทางชีววิทยา โอลิโกโพเทนซี คือความสามารถของเซลล์ต้นกำเนิดในการแบ่งตัวเป็นเซลล์เพียงไม่กี่ชนิดมันคือระดับของศักยภาพตัวอย่างของเซลล์ต้นกำเนิดโอลิโกโพเทนซี ได้แก่ เซลล์ต้นกำเนิดลิมโฟไซต์หรือไมอีลอยด์^{[ 2 ]} โดยเฉพาะเซลล์ลิมโฟไซต์ สามารถให้กำเนิดเซลล์เม็ดเลือดต่างๆ เช่น เซลล์บีและทีได้ แต่ไม่สามารถให้กำเนิดเซลล์เม็ดเลือดชนิดอื่น เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดงได้^{[ 45 ]} ตัวอย่างของเซลล์ต้นกำเนิด ได้แก่ เซลล์ต้นกำเนิดหลอดเลือดที่มีความสามารถในการกลายเป็นทั้งเซลล์บุผนังหลอดเลือดหรือเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ

เซลล์ยูนิโพเทนต์คือเซลล์ต้นกำเนิดที่มีความสามารถในการแยกตัวเป็นเซลล์เพียงชนิดเดียว^{[ 46 ]}ต่างจาก เซลล์ต้นกำเนิด พลูริโพเทนต์หรือมัลติโพเทนต์ซึ่งสามารถกลายเป็นเซลล์ได้หลายชนิด เซลล์ยูนิโพเทนต์สามารถสร้างเซลล์ที่โตเต็มวัยได้เพียงชนิดเดียวเท่านั้น แม้จะมีศักยภาพในการแยกตัวที่จำกัด แต่เซลล์เหล่านี้มักมีความสามารถในการสร้างตัวเองขึ้นใหม่ ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถสร้างสำเนาของตัวเองได้มากขึ้น^{[ 47 ]}เซลล์ยูนิโพเทนต์มักถูกเรียกว่าเซลล์ตั้งต้น

อย่างไรก็ตาม การจำแนกเซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักยภาพเดียวอย่างแท้จริงยังคงเป็นหัวข้อถกเถียงทางวิทยาศาสตร์ เซลล์บางเซลล์ที่เคยถูกระบุว่าเป็นเซลล์ที่มีศักยภาพเดียวอาจเป็นเซลล์ต้นกำเนิด แทน เซลล์ต้นกำเนิดคือเซลล์ที่มุ่งมั่นในเส้นทางการพัฒนาที่เฉพาะเจาะจงแล้วและไม่มีความสามารถในการสร้างตัวเองขึ้นใหม่ในระยะยาว^{[ 48 ]}ความแตกต่างนี้มีความสำคัญเพราะเซลล์ต้นกำเนิดที่แท้จริงจะต้องสามารถทั้งแยกแยะและรักษาประชากรของตนเองไว้ได้ตลอดเวลา^{[ 49 ]}ด้วยเหตุนี้ การกำหนดเซลล์ที่มีศักยภาพเดียวอย่างแท้จริงจึงอาจเป็นเรื่องท้าทาย

ตัวอย่างเช่น เซลล์ตับอ่อนเคยถูกคิดว่าเป็นเซลล์ที่มีศักยภาพเดียว แต่ที่จริงแล้วเป็นเซลล์ที่มีศักยภาพสองทาง เพราะสามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ตับหรือเซลล์ท่อน้ำดีได้^{[ 50 ]}ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าความก้าวหน้าในหลักฐานเชิงทดลองสามารถปรับปรุงการจำแนกประเภทของเซลล์ได้อย่างไร

ในชีววิทยาของเซลล์ เซลล์นัลลิโพเทนต์คือเซลล์ที่ไม่มีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ชนิดอื่น^{[ 46 ]} (ภาษาละติน: nullipotentia แปลว่า ' ไม่มีความสามารถ' ) แม้ว่าคำนี้จะสามารถใช้เพื่ออธิบายเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างสมบูรณ์แล้ว (เช่นเซลล์ประสาทเซลล์เม็ดเลือดแดงเป็นต้น) แต่โดยทั่วไปแล้วมักใช้เมื่อกล่าวถึงมะเร็งตัวอ่อน (EC) หรือเซลล์ต้นกำเนิดตัวอ่อนที่สูญเสียความสามารถในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ชนิดอื่น (โดยปกติเกิดจากการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม) ^{[ 50 ]}

• เซลล์ต้นกำเนิดที่ถูกเหนี่ยวนำ

• บทความเกี่ยวกับวิธีการรักษาโดยใช้เซลล์ต้นกำเนิดแบบหลายศักยภาพและเอ็กโซโซมที่ได้จากเซลล์ต้นกำเนิดแบบหลายศักยภาพ