在哈佛大学医学院学习期间，小保方晴子产生了“STAP”细胞的设想。哺乳动物的细胞特化使得细胞个体得以行使各种不同的功能，从一个已分化的细胞类型向另一类型转变的过程被认为是非常罕见的。但小保方晴子认为，通过令高度分化的体细胞接受外来刺激，可以使细胞回到类似于“干细胞”的状态，研究人员将这一细胞称为“刺激触发性多能性获得细胞”，英文名Stimulus-Triggered Acquisition of Pluripotency cells，缩写为STAP细胞。
2009年8月，小保方晴子开始写作第一篇关于STAP细胞方面的论文，于2010年春季向科学杂志《自然》投稿。但“不可能存在动物细胞接受外来刺激而获得多能性”在细胞学界大隐是一条常识，这一论文未获通过。同在Charles Vacanti教授研究室工作的及论文合著者哈佛大学准教授小岛宏司评价道“此后的2-3年她（小保方晴子）内心真的很痛苦”。
2011年3月，日本理化学研究所的研究团队主任若山照彦（后任山梨大学教授）听闻此事后，表示愿意伸出援手，于是小保方晴子加入若山照彦研究团队，就任理化学研究所客座研究员。
研究表明，细胞类型的转换能够利用“细胞重编程”实现——通过在特定条件下引入某些转录因子，研究者可以改变细胞的特化程度。2006年，日本的山中伸弥团队通过调控4种转录因子获得了诱导性多能干细胞（iPSCs），因此获颁2012年诺贝尔生理学奖，2013年，北京大学生命科学学院邓宏魁教授和赵扬博士带领的研究团队发现了化学诱导多能干细胞（CiPSCs） ，全球的干细胞研究也开始步入新的时代。
小保方晴子和同事通过荧光蛋白监测细胞的多能性，如果目标细胞展现出与多能性相关的基因表达，他们就可以检测到绿色荧光。研究者对不同环境压迫条件下的白细胞进行了检测，发现短期暴露在低pH溶液中的白细胞，有部分激活了多能性标记。研究者将这些细胞收集起来，发现它们具备早期胚胎的基因标记——即所谓“刺激触发的多能性获得”（STAP） 。
最初，研究团队尝试用酸性溶液刺手仿蠢激来寻找STAP细胞，但都以失败告终，但是他们并没有放弃，继续尝试刺激方法，最终在2011年年底从接受刺激的实验鼠中寻找到了一个标示绿色荧光的多能性细胞的亮点。
此后，研究小组将出生不久的实验鼠的淋巴球在弱酸性溶液中浸泡30分钟左右后，进行了培植，获得了持久拥有可以演变为各种细胞能力的遗传基因被激活的结果。研究人员将这一细胞放入实验鼠体内，并确认到该细胞演变为皮肤和肌肉等各种细胞 。
2014年1月29日，日本理化学研究所召开记者招待会，宣称小保方晴子所在的研究团队成功发现了近似于iPS细胞的新万能细胞STAP细胞的研究成果。这一成果分别以一篇论文 和一篇来信 的方式发表于《自然》杂志（Nature 505，641–647页和676- 680页，2014年1月30日号）上。两篇论文的第一作者都是小保方晴子、通讯作者为查尔斯·维坎提，若山照彦教授与小保方晴子在理化所的同事笹井芳树和丹羽仁史也是两篇论文的共同作者。
第一篇论文主要报道了STAP (stimulus-triggered acquisition of pluripotency, 刺激触发的多能性获得) 这个现象的发现，即亚致死量的外界刺激，例如弱酸环境，可以将哺乳动物的体细胞重编程为多能细胞 (pluripotent cells)，并报道了如何从STAP细胞中分离可扩增的多能细胞株 。第二篇论文着重报告利用STAP获得的多能细胞可以与胚胎干细胞 (embryonic stem, ES) 形成嵌合体，并且对胚胎和胎盘等组织发育有贡献 。
一直以来，“万能细胞”以iPS细胞为代表，它是通过向皮肤等细胞中导入遗传基因而制成的。此次新诞生的万能细胞通过外部刺激这一更加简单的方法就能短时间的生成，因此受到各方关注。
小保方晴子认为，与iPS细胞等技术不同，这项创新技术的亮点是，仅仅通过改变外部环境，给予细胞刺激，就能使细胞发生变化。同时她还认为，这项技术应该能在再生医疗和免疫研究等领域作出贡献。研究小组决定，将继续开展研究，以便查明这项新技术能否也应用于人体细胞。
两篇论文一发表立即引起轰动。英国伦敦大学教授Chris Mason评价认为，这是日本科学家对于万能细胞制作方法的一次重要改写，山中伸弥用四个基因控毕陪制产生人工多能性干细胞(iPS细胞)，STAP细胞用酸性溶液培养即可完成，方法更为简易；分化的细胞可以通过物理刺激重编程为胚胎类似的状态，并且使用了...by a simple procedure（简单易行的措施） 来描述小保方等人提出的方法 。山中伸弥此时已任京都大学iPS细胞研究所主任，他对此发现评价，作为日本的一位年轻学者就有如此重大发现，真是从内心感到骄傲。STAP细胞也很有可能突破iPS细胞很难在体内脏器再生的瓶颈。
同时，小保方的论文摘要也强调，重编程的过程，既不需要核转移，也不需要遗传操作。而核转移和遗传操作的理念，正好分别是2012年诺奖获得者John Gurdon和Shinya Yamanaka获奖的原因 。
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