Pojedina stanica raka odvoji se od matičnog tumora i počne prodirati u okolno tkivo. Kada putujuća stanica dosegne obližnju krvnu žilu, probija njezinu vanjsku stijenku i ulazi u krvotok. Nakon putovanja od nekoliko sekundi ili nekoliko minuta zatim na obećavajućem mjestu izlazi, napušta žile i počinje se dijeliti, stvarajući novo uporište za bolest.
Takvi "izleti" za bolesnike su često kobni. Čak 90% smrtnih slučajeva od raka rezultat je metastaza, a ne izvornog tumora.
No metastaziranje je opasno i za same putujuće stanice. Kako kaže Nicola Aceto, biolog raka s ETH-a u Zürichu, protok krvi je kao divlja rijeka u kojoj žive pirane. Šansa da tumorska stanica preživi put i nastani se drugdje zanemariva je. Unatoč tome, tradicionalno je gledište dugo bilo da većina tumorskih stanica, usprkos rizicima, putovanje pokušava sama.
U stvarnosti to međutim često čine u društvu, tvoreći skupine koje mogu brojiti dva ili čak više od 100 članova, a često uključuju i stanice koje nisu tumorske. Tijekom proteklog desetljeća Aceto i drugi dokumentirali su koliku prednost kolektivno putovanje donosi zloćudnim stanicama. "Skupine stanica raka puno su učinkovitije u stvaranju metastaza od pojedinačnih stanica raka" – kaže Andrew Ewald, biolog stanica raka sa Sveučilišta Johns Hopkins.
Kod raka dojke, primjerice, pokusi na životinjama upućuju na to da grudice poznate kao skupine cirkulirajućih tumorskih stanica (CTC) 50 do 100 puta vjerojatnije uzrokuju metastaze od pojedinačnih stanica. "Ako u krvi nađemo takve skupine, to znači vrlo lošu prognozu" – kaže Kevin Cheung, biolog raka iz Centra za rak Fred Hutchinson.
Istodobno te skupine nude nove mogućnosti za istraživanje, a možda i sprječavanje metastaza. Taj je proces dosad bilo teško proučavati, no CTC klasteri sada se mogu izdvojiti iz uzoraka krvi, što olakšava utvrđivanje što ih čini smrtonosnima i kako ih zaustaviti, kaže Ewald. Istraživači su već proveli i prvo kliničko ispitivanje potencijalnog liječenja usmjerenog na klastere: testirali su digoksin, djelatnu tvar za liječenje bolesti srca, koja blokira proteinski kanal koji pomaže povezivanju stanica. Lijek je blago smanjio prosječnu veličinu klastera kod bolesnica s rakom dojke, izvijestio je Acetov istraživački tim 2025. na stranicama časopisa Nature Medicine u kojem.
Istraživači nisu pratili bolesnike dovoljno dugo da bi utvrdili je li digoksin pružio kliničku korist, ali prema Acetu smanjenje veličine obećava. Sada bi trebala samo aktivnija verzija digoksina specifična za rak, kaže.
Tvrtka PAGE Therapeutics, koju je Aceto suosnovao, radi na razvoju spojeva koji učinkovitije razbijaju klastere i uskoro ih planira testirati u ispitivanju sigurnosti. Stručnjaci istodobno traže i druge metode za rastavljanje klastera ili sprječavanje njihova nastanka. "Vidjeli smo da su CTC klasteri u uskoj vezi s preživljavanjem bolesnika" – kaže Huiping Liu, biologinja raka sa Sveučilišta Northwestern. Utjecajem na klastere bolesnici bi, nadamo se, mogli dobiti više vremena, a mogla bi se poboljšati i kvaliteta njihova života, smatra stručnjakinja.
Tumorske bande
Čak 1 milijarda stanica dnevno može napustiti primarni tumor, a istraživači odavno znaju da te stanice povremeno putuju zajedno u krvotoku. Patolozi koji su pregledavali uzorke tkiva identificirali su, primjerice, grudice stanica raka nalik na čepove, odnosno tumorske embolije, u kapilarama.
Godine 1953. Satoru Watanabe, patolog sa Yalea, među prvima je proučavao kako ti klasteri pridonose nastanku metastaza, tako što je nekim miševima injicirao klastere tumorskih stanica, a drugima stanice raka razdvojene u suspenziji. Kod svih životinja koje su dobile klastere, osim jedne, razvile su se metastaze u plućima, dok kod miševa koji su dobili razdvojene stanice nije kod nijednog. Kasnija slična istraživanja također su upućivala na to da klasteri povećavaju šansu za nastanak metastaza. Unatoč tome većina je istraživača zanemarila te rezultate i usredotočila se na sposobnosti pojedinačnih stanica.
No zbog novih metoda hvatanja i praćenja klastera postajalo je sve teže zanemariti te grudice. Početkom 2000-ih biolog raka Dan Haber i biomedicinski inženjer Mehmet Toner, istraživači s Harvarda, s kolegama su izradili mikrofluidne čipove. To su male naprave protkane tankim poput vlasi kanalima, koje su se koristile za analizu uzoraka krvi bolesnika i izdvajanje pojedinačnih stanica raka jer se smatralo da bi to moglo biti korisno za postavljanje dijagnoze. Haber kaže da se međutim s vremena na vrijeme događalo da naprave uhvate skupine stanica. Odlučio je pobliže proučiti te rijetke agregacije. "Nisam imao pojma da će to na kraju biti tako fascinantno" – kaže.
Aceto je zamalo propustio priliku da radi na tom istraživanju. Nakon što je završio doktorat, zamalo je odustao od istraživanja. Upravo im se rodilo prvo dijete sa suprugom, a akademska karijera djelovala je preriskantno. Naposljetku je slijedio svoju strast i 2012. počeo raditi u Haberovu laboratoriju. "Čim sam stigao, shvatio sam potencijal koji leži u CTC grudicama i sav sam rad usmjerio na njih" – kaže.
Prvi izazov bio je razviti metodu označavanja klastera kako bi ih se moglo pratiti i utvrditi stvaraju li metastaze. Aceto i kolege genetski su modificirali ljudske stanice tumora dojke tako da proizvode zelene ili crvene fluorescentne proteine. Kada je mješavina obojenih stanica injicirana miševima, nastali su tumori koji su također pokazivali mješavinu obiju boja – kao i gotovo svi klasteri koji su iz tih tumora dospjeli u krvotok.
Zatim su Aceto i kolege proveli presudan test: pod mikroskopom su pregledali metastaze iz pluća životinja. Da su tumori potjecali iz jedne stanice, bili bi ili posve zeleni ili posve crveni. Ako su pak metastaze izrasle iz skupina stanica koje su zajedno putovale krvotokom, morale su biti šarene. "Vidjeli smo da su metastaze većinom bile višebojne" – prisjeća se Aceto.
Svoje su rezultate istraživači 2014. u časopisu Cell objavili, a usput su i druga istraživanja pridonijela boljem upoznavanju klastera. Stručnjaci i dalje smatraju da i pojedinačne stanice uzrokuju brojne metastaze. No postoje snažni dokazi da klasteri također imaju važnu ulogu u metastazama, kaže Liu.
Štoviše, otkriveno je i da se s tumorskim stanicama mogu udružiti brojne druge vrste stanica i pomagati im na putu, uključujući trombocite, imunosne stanice i fibroblaste.
Osim mikrofluidnih čipova, istraživači su za identifikaciju CTC klastera upotrijebili i niz drugih tehnologija. CellSearch, komercijalno dostupan test, oslanja se na protutijela osjetljiva na karakteristične proteine epitela. To zaštitno tkivo prekriva ili oblaže mnoge dijelove tijela – uključujući kožu, crijeva, usta i pluća – i izvor je većine karcinoma. Takvim su metodama istraživači otkrili skupine tumorskih stanica kod bolesnika s različitim vrstama raka, među ostalim i kod slučajeva raka dojke, prostate, gušterače, debelog crijeva i pluća.
Deseteroboj za stanice
No klasteri su se pojavili samo kod dijela bolesnika i bili su rijetki. U krvotoku oboljelih od raka na 10 milijardi krvnih stanica dolazi jedna tumorska stanica – a klasteri su prema većini studija još rjeđi. David Juncker, biomedicinski inženjer sa Sveučilišta McGill, smatra da ti rezultati podcjenjuju stvarnu učestalost grudica. On i kolege sumnjali su da korištene metode detekcije, poput mikrofluidnih čipova, razbijaju mnoge grudice i tako iskrivljuju podatke.
Stručnjaci su stoga razvili drugi pristup: okomite cijevi punili su krvlju i puštali da se ona cijedi kroz filtre – to je metoda razdvajanja koja manje razbija grudice nego cirkuliranje tekućine kroz čip, kaže Juncker. Novom su metodom pronašli klastere u krvi svih 30 oboljelih od raka koje su ispitali, o čemu su 2025. u časopisu Communications Medicine izvijestili. Kod 10 bolesnika klasteri su k tome bili i češći od pojedinačnih tumorskih stanica.
Prisutnost klastera u krvi osobe može ukazivati na težinu raka, jer broj agregata raste s napredovanjem bolesti.
Prema Nature Medicineovoj studiji iz 2025., stanični klasteri nagovještavaju i smrt – ili je čak mogu potaknuti mehanizmima koji nisu povezani s metastaziranjem. Aceto i dvoje kolega, Kelley Newcomer i Matteo Ligorio (Sveučilište Teksas), mjerili su cirkulirajuće klastere u uzorcima krvi bolesnika s rakom u završnom stadiju. U danima prije smrti bolesnika broj klastera naglo je porastao. Je li taj porast izravno pridonio smrti bolesnika ili je odražavao neki drugi smrtonosni proces, nije jasno, kaže Ligorio.
Stanicama raka koje uzrokuju metastaze njihovi društvenici olakšavaju putovanje. "To je kao deseteroboj" – kaže Ewald. Kao što deseterobojci moraju iskazati iznimnu izvedbu u nekoliko različitih disciplina, poput skoka udalj, bacanja diska i skoka s motkom, tako se i putujuće stanice suočavaju s raznim izazovima, primjerice premošćivanjem izvanstaničnog matriksa, ulaskom u žile i diobom u novom okruženju.
Putovanje krvotokom jedan je od najvećih izazova. Iako se stanice koje uzrokuju metastaze u cirkulaciji zadržavaju samo kratko, tijekom tog vremena ne osjećaju se dobro, kaže Haber. S jedne strane, krv koja struji žilama stvara sile koje mogu rastrgati tumorske stanice. Kad se izoliraju od svojih društvenika, stanice raka često počine samoubojstvo. Usamljena tumorska stanica uz to je i lakši plijen za imunosne stanice. Pridruživanje klasteru u načelu može zaštititi stanicu od sve tri opasnosti.
Klasteri ipak nisu tek stanice koje se grčevito drže jedna druge i bore za život. Istraživači su shvatili da stanice surađuju i prilagođavaju se. Moguće je da mijenjaju svoju prirodu kako bi više nalikovale matičnim stanicama, čija sposobnost diobe i diverzifikacije može im pomoći da se nastane na novom mjestu. Stanice čak mogu oblikovati jedinstvene strukture koje mogu povećati njihove šanse za preživljavanje.
Richard White sa Sveučilišta Oxford proučavao je na zebricama klastere odvojene od melanoma i pritom otkrio da stanice često zauzimaju određeni raspored. Sami tumori mogu sadržavati dvije vrste stanica: jedna se vrsta osobito dobro probija u tkiva, a druga se ističe u diobi. U klasterima se invazivne stanice obično nalaze u vanjskom sloju, dok se stanice koje se dijele skrivaju u unutarnjem sloju. Ta organizacija, o kojoj su istraživači 2021. izvijestili u Developmental Cell časopisu, može biti vrlo povoljna jer invazivne stanice mogu štititi svoje društvenike od imunosnog sustava.
Haber, Toner i njihove kolege utvrdili su da stanice nisu nužno fiksirane na svom mjestu. Oblik klastera može se promijeniti kada naiđu na prepreku. Mnoge su grudice dovoljno velike da se zaglave u kapilarama. No ponekad prolaze i kroz uske žile. Kako bi otkrili kako to uspijevaju, stručnjaci su prisilili grudice da prođu kroz mikrofluidni čip s uskim kanalima. Na njihovo iznenađenje, klasteri su se istegnuli u lance koji su se potom provukli kroz prolaze. Poslije su ponovno poprimili izvorni oblik. O tome su istraživači izvijestili u studiji iz 2016. u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.
Razarajući elementi
Trenutačno nijedno liječenje raka nije izričito usmjereno na sprječavanje metastaza. No otkrića o nastanku i djelovanju CTC klastera upućuju na brojne metode koje bi se mogle isprobati protiv grudica stanica. Na tom su području Aceto i kolege postigli dosad najveći napredak. Testirali su gotovo 2500 odobrenih lijekova kako bi utvrdili mogu li razbiti klastere u posudama za uzgoj. Dva najučinkovitija inhibiraju natrij-kalijevu pumpu, transmembranski protein. Istraživanja upućuju na to da inhibicija pumpe slabi veze među stanicama.
Kako bi procijenili funkcionira li taj mehanizam i u živom organizmu, Aceto i njegov tim 2020. započeli su klinička ispitivanja faze I s digoksinom, lijekom za zatajenje srca koji inhibira natrij-kalijevu pumpu, uz sudjelovanje bolesnica s rakom dojke. Istraživači su bolesnicima uzeli krv, zatim ih 7 dana liječili digoksinom, a na kraju uzeli nove uzorke krvi. Klasteri u krvi bolesnica smanjili su se u tjedan dana za otprilike dvije stanice. Prvo ispitivanje sigurnosti tvrtke PAGE Therapeutics s učinkovitijim spojem sposobnim razbiti grudice moglo bi početi već iduće godine, kaže Aceto.
Još jedan mogući način razbijanja klastera razvili su Anne-Laure Papa, biomedicinska inženjerka sa Sveučilišta George Washington, i suradnici. Dok grudice prolaze kroz krvožilni sustav, u njima se može nakupljati protein fibrin, sastavni dio krvnih ugrušaka, koji povezuje tumorske stanice. Grudice uz to često skrivaju fragmenti stanica koji stvaraju ugruške, trombociti. U nizu pokusa stručnjaci su izradili takozvane mamce od trombocita tako da su dijelove stanica namočili u deterdžent, koji sprječava da uzrokuju stvaranje ugrušaka. Istraživači su zatim mamce napunili tPA-om, lijekom za otapanje ugrušaka koji otapa fibrin i koristi se za liječenje srčanog i moždanog udara, te ih ubrizgali miševima koji su dobili injekciju klastera tumorskih stanica.
Istraživači su 2024. u časopisu Advanced Healthcare Materials izvijestili da su se u miševa koji su dobili mamac od trombocita razvile manje metastaze u usporedbi sa životinjama koje su dobile samo tPA, a životinje su živjele otprilike 10% dulje. "Prije kliničkog ispitivanja bit će potreban dodatni rad, među ostalim na fino ugađanju doziranja i rasporeda injekcija" – kaže Papa.
Razbijanje tumorskih grudica samo po sebi možda nije dovoljno. "Pitanje je i dalje koliko se metastatski potencijal smanjuje ako ih razbijemo?" – kaže Cheung. Prema Liu, za sprječavanje klastera trebat će višesmjerna strategija. "Kad bi bilo tako jednostavno da jedan čudotvorni lijek riješi sve. U stvarnosti je međutim situacija puno složenija" – nastavlja istraživačica.
Klastere će vjerojatno trebati napadati s više lijekova, uključujući i spojeve koji povećavaju njihovu ranjivost na imunosni sustav.
Liu i suradnici utvrdili su da cirkulirajući tumorski klasteri u bolesnica s rakom dojke često skrivaju rijetku vrstu imunosnog stražara, takozvanu dvostruko pozitivnu T-stanicu. Stanice s receptorima CD4 i CD8 čine manje od 0,1% T-stanica u krvi, ali čine više od 14% imunosnih stanica u CTC klasterima bolesnika, pokazalo se u časopisu Journal of Clinical Investigation 2025. objavljenoj studiji. Prisutnost tih stanica povećala je šansu da klaster u miševa stvori metastazu. Analiza Liuina tima potvrdila je i da te stanice pomažu potiskivati imunosne reakcije protiv klastera.
Istraživači su otkrili da dvostruko pozitivnoj T-stanici za pridruživanje klasteru treba još jedan receptor na površini, VLA-4, koji se veže na odgovarajući protein tumorskih stanica. Liu i kolege utvrdili su da davanje protutijela koje blokira VLA-4 miševima s tumorom smanjuje metastaziranje i više nego udvostručuje šansu da životinje prežive najmanje 6 tjedana. Ljudska verzija protutijela, natalizumab, već je odobrena za liječenje multiple skleroze i Crohnove bolesti. Prema Liuinim riječima, ona i njezin tim pokušavaju organizirati kliničko ispitivanje primjene lijeka na bolesnicama s rakom dojke. Uz to razvijaju i spoj za inhibiciju drugog proteina koji štiti klastere od imunosnog sustava.
***
Prema Cheungu, najbolji način za zaustavljanje nastanka metastaza mogao bi biti da se klasteri uopće spriječe. Kada tumori dosegnu određenu veličinu, često nastupa nekroza, pri kojoj unutrašnjost tumora odumire. Cheung i kolege su 2023. na stranicama časopisa PNAS u kojem izvijestili da se broj klastera u krvi štakora deseterostruko povećao kada je nastupila nekroza. Kada su međutim istraživači životinjama presadili tumore kojima je nedostajao ključni protein potreban za nekrozu, klasteri su gotovo potpuno nestali.
"Utvrdili smo da kad spriječimo nekrozu, broj CTC-a i CTC klastera pada na nulu"
– kaže Cheung. Njegov tim trenutačno radi na razvoju protutijela koje cilja taj protein i zaustavlja nekrozu.
Za tumorsku stanicu pripadnost klasteru ne jamči da će pronaći novi dom. No skupno putovanje, čini se, daje taman dovoljno prednosti da neke od njih dovrše svoj smrtonosni pohod. Istraživači raka sada se nadaju da će ta saznanja moći okrenuti protiv tih stanica, u korist bolesnika.
