细胞分化能力是细胞多系分化潜能鉴定的重要手段。多系分化潜能通常指成骨、成脂和成软骨分化，称为MSC的三系分化。

1、成骨分化：间质干细胞向成骨细胞的分化是理解骨形成机制的有力工具，其检测手段主要有：

1）碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）：碱性磷酸酶经固蓝染色后在显微镜下呈现蓝色，未分化的细胞则无明显颜色。

2）“钙结节”：长时间的成骨诱导会使钙离子以钙盐方式沉淀下来，形成“骨结节”。

3）MSC成骨分化后明显的成骨细胞特征性基因，如ALP，Runx（runt related gene II）等。可使用RT-PCR对比不同实验组别的成骨分化差异。

2、成脂分化：间充质干细胞成脂分化有两个阶段，先是MSC分化为脂肪前体细胞，接着在特定的细胞刺激影响下（如C/EBPs和PPAR-γ）最终分化为脂肪细胞，出现脂肪细胞中显著的标志物（脂肪滴），其检测手段主要有：

1）MSC成脂分化后有明显的成脂特征性基因表达，如LPL、PPARγ等。可使用RT-PCR通过对相关基因表达量的测量，对比不同实验组别的成脂分化差异

3、成软骨分化：MSC首先收回其突起，聚集成团，这个团中间的细胞经分裂分化转变成一种大而圆的细胞，即成软骨细胞；成软骨细胞产生基质和纤维（主要为II型胶原蛋白），当基质的量增加到一定程度时，成软骨细胞被分隔在陷窝内，分化为成熟的软骨细胞，其检测手段主要有：

1）II型胶原蛋白

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