Sel-sel ini berdiferensiasi menjadi sel-sel dari garis keturunan neuronal dan glia. Penerapan terapeutiknya telah ditingkatkan secara signifikan oleh demonstrasi bahwa MSC juga menunjukkan fitur antiproliferatif, antiinflamasi, dan antiapoptotik yang signifikan di otak. Properti ini telah dimanfaatkan dalam pengobatan efektif ensefalomielitis autoimun eksperimental (EAE), model hewan sklerosis multipel di mana penghambatan respons autoimun menghasilkan neuroproteksi yang signifikan. Penyelamatan sel saraf yang signifikan juga telah dicapai ketika MSC diberikan dalam iskemia otak eksperimental dan pada hewan yang mengalami cedera otak atau sumsum tulang belakang.