在体外培养条件下，利用基础培养基添加胎牛血清的培养体系对 UCMSC进行长期传代培养，它可能逐渐老化、死亡或自动分化为脂肪细胞，在细胞质内出现大量的脂肪滴，这种现象至少说明UCMC可以分化为脂肪细胞。在体外培养系统中添加胰岛素、地塞米松、吲哚美辛和异丁基黄嘌呤等也可将 UCMSC诱导成脂肪细胞，可见细胞内脂滴形成和油红O染色呈红色。西安胎盘干细胞库在 UCMSC定向诱导分化研究中，向神经分化是研究较多，技术相对成熟的方向之一。在培养体系中添加神经细胞裂解液、神经生长因子、全反式维A酸、EGF、bFGF、脑源性神经营养因子(BNDF)、 Forskolin等可定向诱导 UCMSC分化为神经元样细胞，培养过程中可观察到大部分细胞体积缩小，有神经样突起，胞体增大，折光性增强，免疫组化染色和RT-PCR分析证明，诱导后的细胞表达NF-M、MAP2等神经元细胞的标志分子，表明诱导后的细胞在形态、西安胎盘干细胞库免疫表型和基因表达模式上符合神经原细胞的基本标准。如果在培养体系中只添加EGF、bFGF两种生长因子进行诱导培养，细胞体积会逐渐变小,3天细胞聚集成大小不等的细胞簇，有少量细胞仍然贴壁生长。

随着培养时间的延长，细胞簇继续增大并脱离瓶底形成飘浮于培养液中的细胞球，形态规则，折光性强，类似于从脑组织中分离培养获得的典型的神经球，这种细胞球生长迅速,20天左右可以见到大量神经球样细胞团。对神经球进行免疫组化染色和RT-PCR检测相关基因转录情况发现，诱导后的细胞表达 Nestin、NeuroD1等神经干细胞的标志分子。同样，一些化合物联合生长因子也可以诱导 UCMSC分化为神经胶质细胞样细胞并表达相关的标志分子。综合国内外的相关研究报道，在体外培养条件下，通过添加细胞生长因子和诱导因子可以将 UCMSC诱导分化成典型的神经干细胞、神经元样细胞和神经胶质细胞样细胞。关于转基因诱导 UCMSC向神经细胞分化的研究报道较少，但从对其他干细胞的转基因诱导结果分析看，将神经营养因子(BNDF)基因导入骨髓干细胞可使其分化为神经元样细胞，西安胎盘干细胞库特定基因导入 UCMSC同样也可以诱导其分化为神经细胞。随着现代分子生物技术的发展，利用基因修饰、RNA干扰、基因编辑等技术诱导 UCMSC向神经细胞高效分化将成为现实。

将 UCMSC诱导分化为骨细胞并用于修复骨缺损一直是人们追求的目标，国内外学者开展了采用细胞因子、化合物、天然活性物质等单独或组合诱导 UCMSC向骨细胞分化的研究，建立了一些实验室小规模诱导技术，但不同实验室采用的方法有所不同，获得的结果也不尽一致。西安胎盘干细胞库关于定向诱导 UCMSC、骨髓MSC分化为成骨细胞、软骨细胞、骨细胞的研究报道较多，但分化为破骨细胞的研究较少。 UCMSC在软骨诱导培养基诱导培养后具有软骨细胞的特性，阿辛利兰染色发现细胞外基质富含软骨糖蛋白，免疫组织化学染色发现细胞外基质富含Ⅱ型胶原(COL2)。从华尔通胶中分离获得的 UCMSC具有向软骨自然分化的特点，在不加诱导剂进行诱导的情况下长期培养之后，部分细胞自动分化为形态特点和表达软骨细胞标志分子的软骨细胞样细胞，且在相同的培养条件下 UCMSC向软骨分化的倾向比BM-MSC更明显。脐带的华尔通胶中富含透明质酸和Ⅱ型胶原，两者由基质干细胞分泌，是透明软骨的重要基质，因而可以认为华尔通胶中的 UCMSC是具有前软骨细胞特性的干细胞。利用无血清培养添加地塞米松、丙酮酸钠、TGF-β、胰岛素、转铁蛋白等组合诱导培养10天， UCMSC可转化为甲苯胺蓝染色阳性的细胞，进一步进行Ⅱ型胶原免疫组化染色呈强阳性，原位杂交检测有Ⅱ型胶原mRNA的表达，证明诱导后细胞具有软骨细胞的主要特点。

在含10%胎牛血清的 DMEM/F12培养基中添加地塞米松、β-磷酸甘油、抗坏血酸等培养1周后可见细小的钙化结节，西安胎盘干细胞库随着培养时间的延长，钙化结节逐渐增多，培养10天后用冯库萨染色可见黑色结节。在体外培养条件下，不用加入诱导因子，仅将骨形成蛋白9(BMP9)基因导入UCMC后进行培养观察，发现培养7天左右即呈碱性磷酸酶(ALP)染色阳性，继续至14天左右时骨钙素(OCN)骨桥蛋白表达量显著上升，到21天时出现明显的矿化结节。将诱导后的细胞注射到裸鼠皮下后，发现可形成异位骨组织，其中含有骨基质和骨小梁，说明体外诱导后的骨样细胞具有成骨作用，这一研究结果为 UCMSO用于构建骨组织和修复骨缺损奠定了基础。将体外培养的 UCMSC接种于由透明质酸、甲壳素和羟基磷灰石组织的多孔复合支架材料上，经光学显微镜和扫描电镜观察证实细胞生长良好后，直接将复合了 UCMSO的材料移植于骨缺损组织中，半年后取材观察，发现这种材料移植后支架材料基本降解，西安胎盘干细胞库有新的骨组织形成，力学性能和组织结构类似正常的骨组织，而未复合 UCMSC的支架材料对照组仅见有肌腱样组织形成缺乏骨组织结构。结果表明， UCMSC与生物材料复合后在体内可完美修复骨损伤，说明 UCMSC在体内外合适的环境条件下均可向骨细胞分化和成骨，结果为大段骨缺损的修复治疗提供了新的思路。