टोटिपोटेंट स्टेम सेल सबसे अधिक बहुमुखी और शक्तिशाली प्रकार की स्टेम सेल होती हैं। इनमें मानव शरीर की किसी भी कोशिका में बदलने की अद्वितीय क्षमता होती है और ये भ्रूण के विकास के लिए आवश्यक प्लेसेंटल कोशिकाएँ भी बना सकती हैं। सरल शब्दों में, टोटिपोटेंट स्टेम सेल में पूरे जीव का निर्माण करने के लिए आवश्यक सभी प्रकार की कोशिकाएँ बनाने की क्षमता होती है, जिसमें शरीर की कोशिकाएँ और प्रारंभिक विकास के लिए जरूरी अतिरिक्त भ्रूणीय ऊतक शामिल हैं। ये कोशिकाएँ आमतौर पर निषेचन के तुरंत बाद भ्रूण के शुरुआती चरणों में पाई जाती हैं।
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