В многоклеточном организме все клетки приспособлены для выполнения определенных функций. Нервные клетки, клетки крови, кости, эпителия, хрусталика — все они совершенно разные. При этом геном всех этих клеток одинаков, за редкими исключениями (например, эритроциты человека не имеют ядра, а в иммунных клетках происходят генетические перестройки). В каждой клетке работают далеко не все гены, а только их определенный набор. В зависимости от того, какой набор генов включен в той или иной клетке (или, как говорят, экспрессируется в данной клетке), она принадлежит к тому или иному клеточному типу. Все клетки многоклеточного организма появляются в результате деления одной-единственной клетки — оплодотворенной яйцеклетки, или зиготы. По мере формирования многоклеточного организма происходит дифференцировка клеток (англ. to differ — различаться) — включение и выключение определенных генов и специализация клетки для выполнения тех или иных функций, приобретение ею черт того или иного клеточного типа. В некоторых случаях этот процесс обратим, и клетка может вернуться в менее дифференцированное состояние (дедифференцироваться), после чего возможно превращение в другой клеточный тип, но по мере дальнейшей дифференцировки она, как правило, становится необратимой. Выделяют терминально дифференцированные клетки — те, которые уже не могут дедифференцироваться, например, поперечно-полосатые мышечные волокна, большинство нейронов.
Как правило, дифференцированные клетки не могут делиться (представьте, как смог бы поделиться нейрон со всеми его отростками и синапсами, или мышечное волокно с его сократимым скелетом). По мере дифференцировки способность клетки к делению угасает. То есть в организме делятся в основном клетки, еще не приобретшие специфических черт определенного клеточного типа. Исключение составляют, например, гепатоциты (клетки печени), способные делиться в дифференцированном состоянии. С этим связывают высокую способность к регенерации, характерную для печени. В основном же делятся в многоклеточном организме так называемые стволовые клетки — это недифференцированные предшественники одного или нескольких клеточных типов. При делении стволовой клетки образуется две дочерних клетки, одна из которых становится снова стволовой (за счет чего не уменьшается общее число стволовых клеток), а вторая вступает на путь дифференцировки и в конце концов превращается в терминально дифференцированную клетку того или иного типа. За исследования стволовых клеток Гёрдону и Яманаке в 2012 году присуждена Нобелевская премия. Их изучение крайне важно для регенеративной медицины, прежде всего, для выращивания искусственных органов. Ученые уже существенно продвинулись по этому пути и научились получать из стволовых клеток различные искусственные органы и ткани.
