I försök på möss var stamcellerna genetiskt konstruerade för att producera och utsöndra gifter som dödar hjärntumörer, utan att döda normala celler eller sig själva.
Forskare sade att nästa steg var att testa proceduren hos människor.
En stamcellsexpert sade att detta var "framtiden" för cancerbehandling.
Studien, som publicerades i tidskriften Stem Cells, var ett arbete som utfördes av forskare från Massachusetts General Hospital och Harvard Stem Cell Institute.
Under många år hade de forskat i en stamcellsbaserad terapi för cancer, som bara skulle döda tumörceller och inga andra.
De använde genteknik för att tillverka stamceller som spydde ut cancerdödande toxiner, men, avgörande, kunde också motstå effekterna av det gift de producerade.
De utgjorde inte heller någon risk för normala, friska celler.
I djurförsök omgavs stamcellerna i gel och placerades på hjärntumörens plats efter att de hade avlägsnats.
Deras cancerceller dog då eftersom de inte hade något försvar mot gifterna.
Dr Khalid Shah, ledande författare och chef för molekylär neuroterapi och avbildning labb på Massachusetts General Hospital och Harvard Medical School, sade resultaten var mycket positiva.
"Efter att ha gjort all molekylär analys och avbildning för att spåra hämningen av proteinsyntesen inom hjärntumörer, ser vi att gifterna dödar cancercellerna."
Han tillade: "Cancerdödande gifter har använts med stor framgång i en mängd olika blodcancerformer, men de fungerar inte lika bra i solida tumörer eftersom cancern inte är lika tillgänglig och gifterna har en kort halveringstid."
Men genteknikens stamceller har förändrat allt detta, sade han.
"Nu har vi toxinresistenta stamceller som kan framställa och frigöra cancerdödande läkemedel."
Chris Mason, professor i regenerativ medicin vid University College London, sade: " Detta är en smart studie, som signalerar början på nästa våg av terapier.
"Det visar att man kan attackera solida tumörer genom att sätta in miniapotek i patienten som levererar den giftiga nyttolasten direkt till tumören.
"Cells kan göra så mycket. Det är så framtiden kommer att bli."
Nell Barrie, senior science information manager för Cancer Research UK, sade att det var en "ingenious strategi".
– Vi behöver omgående bättre behandlingar för hjärntumörer och det kan hjälpa till att rikta behandlingen till exakt var den behövs.
– Men än så länge har tekniken bara testats på möss och cancerceller i labbet, så mycket mer arbete måste göras innan vi vet om det kan hjälpa patienter med hjärntumörer.
Hon sade att denna typ av forskning kan bidra till att öka överlevnadsfrekvensen och medföra välbehövliga framsteg för hjärncancer.
Dr Shah planerar nu att testa tekniken med ett antal olika behandlingar på möss med glioblastom, den vanligaste hjärntumören hos vuxna människor.
Han hoppas att terapierna kan användas i kliniska prövningar inom de närmaste fem åren.
Forskare från Harvard Medical School har upptäckt ett sätt att förvandla stamceller till dödande maskiner för att bekämpa hjärncancer.