Posamezna rakava celica se loči od matičnega tumorja in začne vdirati v okoliško tkivo. Ko potujoča celica doseže bližnjo krvno žilo, prebije njeno zunanjo steno in zaide v krvni obtok. Po nekaj sekundah ali nekaj minutah potovanja nato na obetavnem mestu izstopi, zapusti žile in se začne deliti ter tako ustvari novo oporišče za bolezen.
Takšni »izleti« so za bolnike pogosto usodni. Do 90 % smrti zaradi raka je posledica zasevkov, ne prvotnega tumorja.
A zasevanje (metastaziranje) je nevarno tudi za potujoče celice. Kot pravi Nicola Aceto, biolog raka z ETH Zürich, je krvni pretok kot divja reka, polna piranj. Možnost, da tumorska celica preživi pot in se naseli drugje, je zanemarljiva. Kljub temu je tradicionalno stališče dolgo veljalo, da večina tumorskih celic kljub tveganjem potovanje poskusi sama.
V resnici pa to pogosto počnejo v družbi, v skupinah, ki štejejo dva ali celo več kot 100 članov in pogosto vključujejo tudi netumorske celice. V zadnjem desetletju so Aceto in drugi dokumentirali, kako velika prednost je skupno potovanje za maligne celice. »Skupine rakavih celic zmorejo ustvarjati zasevke veliko učinkoviteje kot posamezne rakave celice,« pravi Andrew Ewald, biolog rakavih celic z univerze Johns Hopkins.
Pri raku dojke na primer poskusi na živalih kažejo, da kepe, znane kot skupine krožečih tumorskih celic (CTC), 50- do 100-krat verjetneje povzročijo zasevke kot posamezne celice. »Če v krvi najdemo takšne skupine, to pomeni zelo slabo prognozo,« pravi Kevin Cheung, biolog raka s Fred Hutchinson Cancer Center.
Hkrati te skupine ponujajo tudi nove priložnosti za raziskovanje in morda preprečevanje zasevkov. Postopek je bilo doslej težko proučevati, zdaj pa je mogoče CTC-skupke izločiti iz vzorcev krvi, kar olajšuje ugotavljanje, kaj jih dela smrtonosne in kako jih ustaviti, pravi Ewald. Raziskovalci so že izvedli prvo klinično študijo potencialnega zdravljenja, usmerjenega v skupke: testirali so učinkovino digoksin, ki se uporablja za zdravljenje srčnih bolezni in blokira beljakovinski kanal, ki celicam pomaga pri povezovanju. Zdravilo je pri bolnicah z rakom dojke rahlo zmanjšalo povprečno velikost skupkov, je leta 2025 v reviji Nature Medicine poročala raziskovalna skupina Aceta.
Raziskovalci bolnikov niso spremljali dovolj dolgo, da bi ugotovili, ali je digoksin ponudil klinično korist, a po Acetovih besedah je zmanjšanje velikosti obetavno. Zdaj bi potrebovali le še aktivnejšo različico digoksina, specifično za raka, pravi.
Podjetje PAGE Therapeutics, ki ga je soustanovil Aceto, razvija spojine, ki skupke razgradijo učinkoviteje, in jih namerava kmalu preizkusiti v študiji varnosti. Strokovnjaki medtem iščejo tudi druge načine za razbijanje skupkov ali preprečevanje njihovega nastanka. »Videli smo, da so skupki CTC tesno povezani s preživetjem bolnikov,« pravi biologinja raka Huiping Liu, sodelavka univerze Northwestern. Z vplivanjem na skupke bodo bolniki upajmo pridobili več časa, izboljšala pa se bo tudi kakovost njihovega življenja, meni strokovnjakinja.
Tumorske tolpe
Primarni tumor lahko vsak dan zapusti tudi 1 milijarda celic, raziskovalci pa že dolgo vedo, da te občasno potujejo skupaj po krvnem obtoku. Patologi, ki preiskujejo vzorce tkiv, so na primer v kapilarah odkrili kepe rakavih celic, podobne čepom, oziroma tumorske embolije.
Leta 1953 je Satoru Watanabe, patolog z Yala, med prvimi proučeval, kako ti skupki prispevajo k nastanku zasevkov, ko je nekaterim miškam vbrizgal skupke tumorskih celic, drugim pa v suspenziji razločene rakave celice. Pri vseh živalih, ki so dobile skupke, razen pri eni, so se razvili pljučni zasevki, pri miših, ki so dobile razločene celice, pa pri nobeni. Poznejše študije s podobnimi metodami so prav tako nakazovale, da skupki povečujejo verjetnost nastanka zasevkov. Kljub temu je večina raziskovalcev te rezultate prezrla in se osredotočila na zmožnosti posameznih celic.
Zaradi novih metod za ujetje in sledenje skupkov pa je bilo kepe vedno težje prezreti. V začetku 2000-ih so raziskovalci s Harvarda, biolog raka Dan Haber in biomedicinski inženir Mehmet Toner, s kolegi izdelali mikrofluidne čipe. To so majhne naprave, prepletene z lasno tankimi kanali, ki so jih uporabljali za analizo vzorcev krvi bolnikov in izolacijo posameznih rakavih celic, ker so menili, da bi to lahko koristilo pri postavljanju diagnoze. Po Haberjevih besedah pa se je občasno zgodilo, da so naprave ujele skupine celic. Odločil se je, da si bo te redke agregacije ogledal od blizu. »Sploh nisem vedel, da bo to na koncu tako očarljivo,« pravi.
Aceto je skoraj zamudil priložnost, da bi delal na tej raziskavi. Po končanem doktoratu je raziskovanje skoraj opustil. Ravno takrat sta se z ženo dobila prvega otroka, akademska kariera pa se mu je zdela preveč negotova. Nazadnje je sledil svoji strasti in leta 2012 začel delati v Haberjevem laboratoriju. »Takoj ko sem prispel, sem spoznal potencial, ki ga skrivajo kepe CTC, in vse svoje delo sem osredotočil nanje,« pravi.
Prvi izziv je bil razviti metodo za označevanje skupkov, da bi jih lahko spremljali in ugotovili, ali ustvarjajo zasevke. Aceto in kolegi so genetsko spremenili človeške celice raka dojke, da so proizvajale zelene ali rdeče fluorescenčne beljakovine. Ko so mešanico obarvanih celic vbrizgali v miši, so nastali tumorji, ki so prav tako kazali mešanico obeh barv – tako kot skoraj vsi skupki, ki so iz teh tumorjev prešli v krvni obtok.
Nato so Aceto in kolegi izvedli odločilni test: pod mikroskopom so pregledali zasevke iz pljuč živali. Če bi tumorji izvirali iz ene same celice, bi bili vsi zeleni ali vsi rdeči. Če pa so zasevki zrasli iz skupin celic, ki so skupaj potovale po krvnem obtoku, so morali biti pegasti. »Videli smo, da so bili zasevki večinoma večbarvni,« se spominja Aceto.
Raziskovalci so svoje rezultate leta 2014 v reviji Cell objavili, hkrati pa so k boljšemu poznavanju skupkov prispevale tudi druge študije. Strokovnjaki še vedno menijo, da tudi posamezne celice sprožijo številne zasevke. A obstajajo močni dokazi, da imajo pri zasevanju pomembno vlogo tudi skupki, pravi Liu.
Poleg tega so odkrili, da se s tumorskimi celicami lahko zbere tudi vrsta drugih tipov celic in jim pomaga na poti, vključno s krvnimi ploščicami, imunskimi celicami in fibroblasti.
Poleg mikrofluidnih čipov so raziskovalci za prepoznavanje skupkov CTC uporabili še vrsto drugih tehnologij. CellSearch, komercialno dostopen test, temelji na protitelesih, občutljivih na značilne beljakovine epitelija. To zaščitno tkivo prekriva ali obdaja številne dele telesa – vključno s kožo, črevesjem, usti in pljuči – in je vir večine rakavih bolezni. S takšnimi metodami so raziskovalci zaznali skupine tumorskih celic pri bolnikih z različnimi vrstami raka, med drugim pri raku dojke, prostate, trebušne slinavke, debelega črevesa in pljuč.
Desetboj za celice
A skupki so se pojavili le pri delu bolnikov in so bili redki. V krvnem obtoku bolnikov z rakom pride ena tumorska celica na 10 milijard krvnih celic – skupki pa so po večini študij še redkejši. David Juncker, biomedicinski inženir z univerze McGill, meni, da ti rezultati podcenjujejo resnično pogostost kep. On in kolegi so domnevali, da uporabljene metode zaznavanja, kot so mikrofluidni čipi, številne kepe razbijejo in tako popačijo podatke.
Strokovnjaki so zato razvili drugačen pristop: navpične cevi so napolnili s krvjo in jo pustili, da steče skozi filtre – ločevalna metoda, ki kepe razbija manj kot kroženje tekočine skozi čip, pravi Juncker. Z novo metodo so skupke našli v krvi vseh 30 proučevanih bolnikov z rakom, o čemer so leta 2025 v reviji Communications Medicine poročali. Pri 10 bolnikih so bili skupki poleg tega pogostejši od posameznih tumorskih celic.
Pojavljanje skupkov v človeški krvi lahko kaže na resnost raka, saj število agregatov narašča z napredovanjem bolezni.
Po navedbah revije Nature Medicine iz leta 2025 celični skupki v študiji napovedujejo tudi smrt – ali pa jo prek mehanizmov, ki niso povezani z zasevanjem, celo pospešijo. Aceto in njegova kolega Kelley Newcomer ter Matteo Ligorio (Univerza v Teksasu) so v vzorcih krvi bolnikov z rakom v končni fazi merili krožeče skupke. V dneh pred smrtjo bolnikov je število skupkov nenadoma poskočilo. Ali je to povečanje neposredno prispevalo k smrti bolnikov ali je odražalo drug smrtonosen proces, ni jasno, pravi Ligorio.
Za rakave celice, ki povzročajo zasevke, so spremljevalke olajšanje potovanja. »To je kot desetboj,« pravi Ewald. Kot morajo desetobojci pokazati odlične rezultate v več različnih disciplinah, kot so skok v daljino, met diska in skok s palico, tako se tudi potujoče celice soočajo z različnimi izzivi, na primer premagovanjem zunajceličnega matriksa, vstopom v žile in delitvijo v novem okolju.
Potovanje po krvnem obtoku je eden največjih izzivov. Čeprav celice, ki povzročajo zasevke, v obtoku ostanejo le kratek čas, se v tem času ne počutijo dobro, pravi Haber. Po eni strani kri, ki teče po žilah, deluje s silami, ki lahko tumorske celice raztrgajo na koščke. Ko so ločene od svojih spremljevalk, rakave celice pogosto storijo samomor. Osamljena tumorska celica je poleg tega lažji plen za imunske celice. Pridružitev skupku lahko celico načeloma zaščiti pred vsemi tremi nevarnostmi.
Skupki pa niso zgolj celice, ki se oklepajo druga druge in se borijo za življenje. Raziskovalci so ugotovili, da celice sodelujejo in se prilagajajo. Mogoče je, da spremenijo svojo naravo, da bi bolj spominjale na izvorne celice, katerih sposobnost delitve in diverzifikacije jim lahko pomaga naseliti se na novem mestu. Celice lahko oblikujejo celo posebne strukture, ki lahko povečajo njihove možnosti za preživetje.
Richard White z Univerze v Oxfordu je pri zebricah proučeval skupke, ki so se odcepili od melanomov, in pri tem ugotovil, da celice pogosto zavzamejo določeno razporeditev. Tumorji sami lahko vsebujejo dve vrsti celic: ena se še posebej dobro prebija v tkiva, druga pa se odlikuje v delitvi. V skupkih so invazivne celice navadno v zunanji plasti, delilne celice pa se skrivajo v notranji. Ta organizacija, o kateri so raziskovalci leta 2021 poročali v reviji Developmental Cell pisali, je lahko zelo koristna, ker lahko invazivne celice zaščitijo svoje spremljevalke pred imunskim sistemom.
Haber, Toner in njuni kolegi so ugotovili, da se celice ne zasidrajo nujno na svojem mestu. Oblika skupkov se lahko spremeni, ko naletijo na oviro. Številne kepe celic so dovolj velike, da se zagozdijo v kapilarah. A včasih prehajajo tudi skozi ozke žile. Da bi ugotovili, kako jim to uspeva, so strokovnjaki kepe prisilili, da preidejo skozi mikrofluidni čip z ozkimi kanali. Na njihovo presenečenje so se skupki raztegnili v verige, ki so nato zdrsnile skozi prehode. Potem so si povrnili prvotno obliko. O tem so raziskovalci leta 2016 poročali v študiji v reviji Proceedings of the National Academy of Sciences.
Razdiralni elementi
Trenutno nobeno zdravljenje raka ni izrecno usmerjeno v zaviranje zasevanja. A odkritja o nastanku in delovanju skupkov CTC nakazujejo številne metode, ki jih je mogoče preizkusiti proti kepam celic. Na tem področju so največji napredek doslej dosegli Aceto in kolegi. Preizkusili so skoraj 2500 odobrenih zdravil, da bi ugotovili, ali zmorejo v gojitvenih posodah razbiti skupke. Dve od najučinkovitejših zavirata natrij-kalijevo črpalko, transmembransko beljakovino. Študije nakazujejo, da zaviranje črpalke oslabi povezave med celicami.
Da bi ocenili, ali ta mehanizem deluje tudi v živem organizmu, so Aceto in njegova ekipa leta 2020 začeli klinično študijo faze I z digoksinom, zdravilom proti srčnemu popuščanju, ki zavira natrij-kalijevo črpalko, z udeležbo bolnic z rakom dojke. Raziskovalci so bolnicam odvzeli kri, jih nato 7 dni zdravili z digoksinom in nazadnje odvzeli nove vzorce krvi. Skupki v krvi bolnic so se v enem tednu zmanjšali za približno dve celici. Prva študija varnosti podjetja PAGE Therapeutics z učinkovitejšo spojino, ki zmore kepe razgraditi, se lahko začne že prihodnje leto, pravi Aceto.
Drug možen način razgradnje skupkov so razvili Anne-Laure Papa, biomedicinska inženirka z univerze George Washington, in sodelavci. Ko kepe potujejo skozi krvožilni sistem, se v njih lahko kopiči beljakovina fibrin, sestavina krvnih strdkov, ki povezuje tumorske celice. Kepe pogosto skrivajo tudi fragmenti celic, ki tvorijo strdke, krvne ploščice. V nizu poskusov so strokovnjaki izdelali tako imenovane vabe iz krvnih ploščic, tako da so koščke celic namočili v detergent, ki preprečuje, da bi povzročale nastanek strdkov. Raziskovalci so nato vabe napolnili s tPA, zdravilom za raztapljanje strdkov, ki raztaplja fibrin in se uporablja za zdravljenje srčnega infarkta in možganske kapi, ter jih vbrizgali v miši, ki so prejele injekcijo skupkov tumorskih celic.
Raziskovalci so leta 2024 v reviji Advanced Healthcare Materials poročali, da so se pri miših, ki so dobile vabo iz krvnih ploščic, v primerjavi z živalmi, ki so dobile samo tPA, razvili manjši zasevki, živali pa so živele približno 10 % dlje. »Pred klinično študijo bo potrebnega še nekaj dela, med drugim fino uglaševanje odmerjanja in urnika injiciranja,« pravi Papa.
Razgradnja kep tumorskih celic sama po sebi morda ne zadošča. »Vprašanje ostaja, za koliko se zmanjša metastatski potencial, če jih razbijemo?« pravi Cheung. Po Liujevih besedah bo za preprečevanje skupkov potrebna večsmerna strategija. »Želela bi si, da bi bilo tako preprosto, da bi vse rešilo eno čudežno zdravilo. V resnici pa je položaj veliko bolj zapleten,« nadaljuje raziskovalka.
Skupke bo verjetno treba napasti z več zdravili, vključno s spojinami, ki povečajo njihovo ranljivost za imunski sistem.
Liu in sodelavci so ugotovili, da krožeči tumorski skupki pri bolnicah z rakom dojke pogosto skrivajo redko vrsto imunskega stražarja, tako imenovano dvojno pozitivno celico T. Celice z receptorjema CD4 in CD8 predstavljajo manj kot 0,1 % celic T v krvi, v skupkih CTC bolnikov pa tvorijo več kot 14 % imunskih celic, je razkrila leta 2025 v reviji Journal of Clinical Investigation objavljena študija. Prisotnost teh celic je povečala verjetnost, da skupek pri miših ustvari zasevek. Analiza Liujeve ekipe je potrdila tudi, da celice pomagajo zatirati imunske odzive proti skupkom.
Raziskovalci so odkrili, da dvojno pozitivna celica T za pridružitev skupku potrebuje na svoji površini še en receptor, VLA-4, ki se veže na ustrezno beljakovino tumorskih celic. Liu in kolegi so ugotovili, da dajanje protitelesa, ki blokira VLA-4, miškam s tumorjem zmanjša zasevanje in več kot dvakrat poveča verjetnost, da bodo živali preživele vsaj 6 tednov. Človeško različico protitelesa, natalizumab, so že odobrili za zdravljenje multiple skleroze in Crohnove bolezni. Liu pravi, da si ona in njena ekipa prizadevata organizirati klinično študijo uporabe zdravila pri bolnicah z rakom dojke. Razvijajo tudi spojino za zaviranje druge beljakovine, ki skupke ščiti pred imunskim sistemom.
***
Po Cheungovih besedah bi bil najboljši način za zaustavitev nastanka zasevkov morda ta, da bi nastanek skupkov preprečili že v osnovi. Ko tumorji dosežejo določeno velikost, pogosto pride do nekroze, pri kateri notranjost tumorja odmre. Cheung in kolegi so leta 2023 v reviji PNAS poročali, da se je število skupkov v krvi podgan desetkratno povečalo, ko je nastopila nekroza. Ko pa so raziskovalci živalim vsadili tumorje, ki jim je manjkala ključna beljakovina za nekrozo, so skupki skoraj povsem izginili.
»Ugotovili smo, da se število CTC in skupkov CTC zmanjša na nič, če preprečimo nekrozo«
– pravi Cheung. Raziskovalčeva ekipa trenutno razvija protitelo, ki cilja to beljakovino in ustavi nekrozo.
Za tumorsko celico pripadnost skupku ne zagotavlja, da bo našla nov dom. A skupinsko potovanje očitno zagotavlja ravno dovolj prednosti, da nekatere dokončajo svoj smrtonosni pohod. Raziskovalci raka pa zdaj upajo, da lahko ta spoznanja obrnejo proti tem celicam in v korist bolnikov.
