Aging, poor ovarian response (PR) and other damaging-acquired conditions, like chemotherapy treatments, lead to an impaired ovarian function. Nevertheless, even when damaged ovaries lose their ability to ovulate, they contain residual dormant follicles that could be rescued to growth through different approaches. Spontaneous pregnancies have been achieved in women with premature ovarian insufficiency (POI) after bone marrow transplantation, suggesting a positive effect of bone marrow stem cells on the ovary. Therefore, we aimed to test if bone marrow derived stem cells (BMDSC) infusion could supply the adequate ovarian niche to maintain and promote follicular growth. To achieve this objective, mouse models of diminished ovarian reserve (DOR)-PR and POI were first established by a reduced or standard chemotherapy dosage, respectively. These animal models displayed most of the ovarian and reproductive outcomes observed in patients with these ovarian damage conditions. Therefore, they were employed to test the regenerative effects of human BMDSC. After their infusion, BMDSC promoted follicular growth to the antral and pre-ovulatory stages and produced higher number of MII-oocytes and embryos in both models of ovarian damage. Furthermore, these stem cells allowed to achieve spontaneous pregnancies, increased litter size and induced ovarian niche regeneration, increasing microvessel density and proliferation and reducing apoptosis. Peripheral blood mononuclear cells (mainly monocytes and lymphocytes) were not able to regenerate impaired ovarian stroma and promote follicular growth in these established mouse models, highlighting that ovarian regenerative properties of BMDSC were due to stem cells mobilized from bone marrow and not to circulating blood cells. Due to the structural and functional differences between mouse and human ovaries, then we validated in human tissue the observed BMDSC regenerative effects. To this end, immunodeficient ovariectomized mice xenografted with human ovarian cortex from PR patients were used. After their infusion through the tail vein, BMDSC were able to migrate and established within human ovarian grafts, where localized mainly close to vessels and follicles, even in contact with granulosa cells. Once established on human ovarian tissue, these stem cells promoted follicular growth to secondary stage, increased estradiol secretion, and enhanced ovarian stroma vascularization and proliferation. CD133+ subpopulation was also tested in this xenografted model, being its revitalizing effects on ovarian tissue lower that those observed after infusion of complete BMDSC population. These findings suggest that, although CD133+ cells have regenerative properties, other cells or components presents in the BMDSC population were also contributing to improve the ovarian niche and follicular development. Finally, the relevance of the paracrine mechanism in BMDSC regenerative effects on the ovary was evaluated. For this purpose, we analyzed the correlation between the improvement in ovarian reserve biomarkers in PR after BMDSC infusion and the levels of different paracrine factors. A correlation between positive ovarian response to BMDSC infusion and fibroblast growth factor-2 and thrombospondin-1 levels was observed. In conclusion, our results suggest that BMDSC-based therapies might be an alternative approach to improve follicular development and fertility potential in patients with impaired ovarian function where the ovarian niche cannot maintain growth of their already limited follicular pool.El envejecimiento, la baja respuesta ovárica (PR) y otras condiciones de daño como los tratamientos oncológicos alteran la función del ovario. Sin embargo, incluso cuando los ovarios pierden su capacidad de ovular, permanecen en ellos folículos residuales durmientes que pueden ser rescatados para crecer al proporcionarles un nicho ovárico apropiado mediante distintas aproximaciones. Concretamente, se ha descrito la recuperación de la función ovárica tras el trasplante de médula ósea en pacientes con insuficiencia ovárica prematura (POI) inducida por quimioterapia. Esto sugirie un efecto positivo de las células madre de la médula ósea en el nicho ovárico. En base a ello, nos propusimos evaluar si la infusión de células madre derivadas de la médula ósea (BMDSC) era capaz de rescatar los folículos durmientes residuales y de regenerar el nicho ovárico. Con este objetivo, en primer lugar, establecimos modelos murinos de baja reserva ovárica (DOR)-PR y de POI mediante la administración de una dosis reducida y otra estándar de quimioterapia, respectivamente. Los modelos desarrollados presentaban la mayoría de las características ováricas y reproductivas de las pacientes con estas condiciones de daño ovárico. En base a ello, los empleamos para evaluar los efectos en ovario de la infusión de BMDSC humanas. Observamos que las células madre fueron capaces de migrar e infiltrarse en el tejido ovárico dañado, incrementando el número de folículos antrales, folículos preovulatorios, ovocitos, embriones y crías sanas. Además, regeneraron el nicho ovárico, mejorando la vascularización y la proliferación celular y reduciendo la apoptosis. En estos modelos, evaluamos también los efectos de las células normalmente presentes en sangre periférica (monocitos y linfocitos), no observándose ningún efecto regenerativo en ovario lo que ponía de manifiesto que el rescate folicular y la regeneración del nicho ovárica observada tras la administración de la población heterogénea de BMDSC se debía a las células madre y no a los monocitos y linfocitos presentes en ella. Considerando las diferencias estructurales y funcionales entre ovario murino y humano, a continuación, validamos los efectos regenerativos de las BMDSC en tejido ovárico humano. Para ello, utilizamos ratones inmunodeprimidos ovariectomizados a los que se les xenotrasplantó un fragmento de corteza ovárica de mujeres PR. Tras su infusión, las BMDSC fueron capaces de migrar y establecerse en los implantes ováricos humanos, localizándose cerca de vasos sanguíneos y folículos, incluso en contacto con células de la granulosa. Estas células madre promovieron el crecimiento folicular a estadio secundario, incrementando la secreción de estradiol y mejorando la vascularización local y la proliferación del estroma ovárico. Finalmente, evaluamos la relevancia del mecanismo paracrino en los efectos regenerativos de las BMDSC observados en ovario. Con tal fin, analizamos la correlación entre el incremento de los marcadores de reserva ovárica de pacientes PR tras la infusión de estas células madre y los niveles de determinados factores paracrinos. Observamos que la respuesta positiva a la terapia celular se correlacionaba positivamente con la presencia en el plasma del factor de crecimiento fibroblástico-2 y de la trombospondina-1. En conclusión, los resultados obtenidos en este trabajo sugieren que las terapias basadas en BMDSC podrían ser una alternativa apropiada para incrementar el potencial reproductivo de pacientes de edad reproductiva avanzada, pacientes PR y pacientes POI en las que el ovario no puede mantener el crecimiento de su ya limitada reserva folicular.