骨髓间充质干细胞最有趣的特性是它们能自动归巢于损伤及炎症区域的能力 ，也有人把这种特性称为“靶向性”。这种能力已经被骨髓间充质干细胞用于骨折、脑缺血、心肌梗死等实验所证实。Saito等人首次证明骨髓间充质干细胞具有归巢的能力。在他的研究中，将标志的骨髓间充质干细胞从静脉内注射入健康的小鼠体内，发现只在骨髓中发现了外来的 骨髓间充质干细胞存在。但当心脏存在有梗死区域后，大量的标记的骨髓间充质干细胞集中于梗死区域。以后的实验陆续的证实了该种特性的存在。
骨髓间充质干细胞能够表达多种细胞因子和趋化因子。炎症局部组织也可产生大量的细胞因子，这意味着骨髓间充质干细胞有向损伤组织局部趋化的能力。W ang 等人将 12 只大鼠进行左冠脉结扎，2周后，将分离培养并标记的骨髓间充质干细胞直接注入主动脉内，并于注射后即刻和 4 周对移植细胞进行表型观察。结果表明，8只受体大鼠心脏组织内有标记的骨髓间充质干细胞,注射后即刻冠脉毛细血管内即存在标记的细胞。4周后，瘢痕组织内单个或成簇的标记细胞呈现纤维原细胞样表型，而在瘢痕周边，却呈正常心肌细胞表型，认为骨髓间充质干细胞通过冠状动脉可向心肌梗死局部趋化。此研究也同时证实骨髓间充质干细胞随周围环境的不同，其分化表型也各异。
用强辐射射线照射全身及局部切割造成小鼠创伤后进行骨髓间充质干细胞移植，结果发现在小鼠的骨髓、脾、肺及创伤部位检测到供体骨髓间充质干细胞, 表明移植的骨髓间充质干细胞可能在创伤部位炎症或修复等因素作用下，通过血液循环迁移至受损部位参与修复。有研究者采用Sigma公司生产的PKH 26 标记大鼠的骨髓间充质干细胞, 然后采用静脉内、左心室内梗死心肌局部三种不同途径移植到左前降支冠状动脉结扎有，制造而成的心肌梗死模型中，发现在梗死局部心肌内发现移植的骨髓间充质干细胞存在。
目前认为，骨髓间充质干细胞归巢是由黏附分子和趋化分子介导的，该过程有骨髓内皮细胞、造血干细胞、骨髓造血微环境及其分泌或表达的分子共同参与。目前已知免疫球蛋白超家族、选择素家族、整合素家族C D44四大类黏附分子均参与了该过程。
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