Kaulu smadzeņu cilmes šūna ir nenobriedusi nediferencēta šūna, kas atrodas vairuma plakano kaulu kaulu smadzenēs. Tiek uzskatīts, ka tā ir visu asins šūnu māte, jo tā var radīt sarkanās asins šūnas (RBC), dažāda veida baltās asins šūnas (WBC) un trombocītus. Daži pētījumi liecina, ka kaulu smadzeņu cilmes šūnas var radīt arī citas šūnas, piemēram, endotēlija šūnas, kas veido asinsvadu sienas, vai kļūt par hepatocītiem vai aknu šūnām. Kaulu smadzeņu cilmes šūna spēj arī pašatjaunoties, kas nav raksturīga lielākajā daļā nobriedušu šūnu. Tas ir svarīgi, lai papildinātu ķermeni ar jaunām asins šūnām, jo nobriedušās šūnas mirst pēc to noteiktā dzīves ilguma.
Pirms dzimšanas aknas ir gandrīz visu asins šūnu avots. Īsu brīdi pirms bērna piedzimšanas šo uzdevumu pārņem kaulu smadzenes. Kad cilvēks nobriest, kaulu smadzeņu cilmes šūnu avots ir tikai plakanie kauli, piemēram, gūžas kauli, galvaskausa kauli, ribas, skriemeļi, krūšu kauls vai krūšu kauls un plecu lāpstiņas.
Ir divu veidu kaulu smadzenes: sarkanās un dzeltenās smadzenes. Tieši sarkanajās smadzenēs atrodas lielākā daļa kaulu smadzeņu cilmes šūnu. Dzeltenās smadzenes ir neaktīvas, galvenokārt satur tauku šūnas, bet vajadzības gadījumā spēj pārvērsties par aktīvām sarkanajām smadzenēm, piemēram, dažos asins slimību, piemēram, anēmijas, gadījumos.
Dažas kaulu smadzeņu cilmes šūnas cirkulē arī perifērajās asinīs, taču tās spēj atgriezties kaulu smadzenēs, lai vairoties un diferencētos noteiktos šūnu tipos, piemēram, RBC, WBC vai trombocītos. Tas ļauj veikt kaulu smadzeņu transplantāciju, ievadot donora cilmes šūnas saņēmēja asinīs, gluži kā asins pārliešanas procedūrā. Cilmes šūnas var iegūt no pareizā donora, izmantojot kaulu smadzeņu aspirāciju vai filtrējot perifērās asinis cilmes šūnām procesā, kas pazīstams kā aferēze.
Jebkuras slimības, kas ietekmē kaulu smadzenes, var izraisīt asins šūnu ražošanas traucējumus organismā. Vēža pacienti, kuriem tiek veiktas tādas procedūras kā ķīmijterapija un staru terapija, ārstēšanas ietekmes dēļ bieži ir apdraudējusi asins šūnu veidošanos. Kaulu smadzeņu cilmes šūnu transplantācija šajos gadījumos bieži ir nepieciešama, lai atjaunotu kaulu smadzeņu apgādi ar cilmes šūnām, lai turpinātu organismam nepieciešamo asins šūnu veidošanos.