间充质干细胞是一种异质性的多能成体细胞,可以从骨髓、脂肪和血管周围组织等部位分离出来，具有定向分化为间充质及非间充质组织的能力，也包括神经细胞。间充质干细胞在组织再生方面起着非常重要的作用，其可通过抑制炎症、分泌营养因子(即旁分泌效应）、募集局部祖细胞来替换丢失的细胞，从而促进受损组织的再生。间充质干细胞可通过旁分泌的方式下调炎性蛋白的表达，加速颅内动脉瘤的修复作用。
间充质干细胞除了具有分泌能力外，其可选择性迁移到损伤脑组织中，随后分化为神经元和星形胶质细胞修复受损脑组织，从而改善患者运动功能。
除此之外，间充质干细胞治疗可减少损伤皮质中小胶质细胞或巨噬细胞、中性粒细胞、CD3+淋巴细胞、凋亡细胞及促炎性细胞因子，从而抵抗受损脑组织的炎症反应。相似的，间充质干细胞治疗可促进外伤性脑损伤神经功能的恢复，改善学习和记忆障碍，减少神经细胞凋亡。
截止目前，已经有两项关于间充质干细胞治疗外伤性脑损伤的疗效及安全性报道，在其中的一项中，有7名颅脑外伤患者在颅脑手术中接受间充质干细胞移植，术者将间充质干细胞直接应用于损伤脑组织中，在术后6个月的随访中，患者的神经功能明显改善，并且没有发现相关毒性迹象。而第二项则是用10例重度颅脑外伤患者进行I期治疗，间充质干细胞主要是通过静脉注射或鞘内注射。在细胞移植后，血清中的神经生长因子及脑源性神经营养因子明显升高，并且在随访中，患者的神经功能都得到了不同程度的改善，并且无死亡或不良事件发生，这为间充质干细胞治疗外伤性脑损伤的安全性和可行性提供了大量支持。
虽然间充质干细胞在基础和临床研究上都取得了不错的治疗效果，但细胞存活率低、免疫排斥反应及不能量化细胞存活率可能会影响准确评估细胞的长期修复和恢复神经功能的能力。
