細胞生物室成立于1960年，前身為組織培養研究室，是北京市神經外科研究所最早成立的研究室之一。細胞生物室以細胞生物學、免疫組織化學、分子生物學、基因組學、蛋白組學等技術手段，主要研究腦腫瘤的發生機制和個性化治療策略、研究中樞系統損傷后代償修復和促進修復方法以及研發神經外科現代技術。
  神經外科新技術的研發方面，在國內神經內鏡技術的開拓者張亞卓教授的領導下，致力于神經內鏡技術的研發、應用與推廣。解決了經鼻切除復雜性顱底腫瘤、顱底重建技術、腦室內腫瘤切除等神經外科的技術難題，神經內鏡手術例數和手術質量均為國內領先、國際先進水平。2007年10月經過衛生部（現國家衛健委）內鏡專家委員會的審查驗收成為首批衛生部（現國家衛健委）內鏡診療技術神經內鏡?？婆嘤柣?，培訓中心擁有先進的高清手術視頻實時轉播系統及多套完整的、用于培訓的神經內鏡設備、模擬系統、大量實驗動物和尸頭等相關器材，并研發了沉浸式神經內鏡技術仿真模擬培訓系統用于技術培訓。目前，培訓基地已形成了系統的標準化培訓體系，為全國各地培養合格的神經內鏡?？漆t師服務。
  目前科室共有10人，其中正高職稱人員 1名、副高職稱人員6名。已培養博士研究生44名，碩士研究生10名，博士后1名，4人獲國家獎學金。
  本科室與美國NIH分子病理室、中南大學蛋白質組學國家重點實驗室在腦腫瘤蛋白質組學研究方面進行深入合作；與美國匹茨堡大學醫學中心（UPMC ）、意大利那不勒斯費德里克二世大學在神經內鏡技術研發方面開展技術交流，牽頭成立了中美意神經內鏡合作基地；與中國科學院生物物理所、中國科學院自動化研究所模式識別國家重點實驗室、深圳華大基因研究院建立了戰略合作伙伴關系。