Jednotlivá rakovinová bunka sa oddelí od pôvodného nádoru a začne prenikať do okolitého tkaniva. Keď putujúca bunka dosiahne blízku cievu, prekoná jej vonkajšiu stenu a vstúpi do krvného obehu. Po niekoľkých sekundách či minútach putovania potom na sľubnom mieste vystúpi, opustí cievy a začne sa deliť. Vytvorí tak nové predmostie pre ochorenie.
Takéto „výlety“ bývajú pre pacientov osudné. Až 90 % úmrtí na rakovinu spôsobujú metastázy, nie pôvodný nádor.
Tvorba metastáz je však nebezpečná aj pre samotné putujúce bunky. Ako hovorí Nicola Aceto, biológ skúmajúci rakovinu na ETH Zürich, krvný obeh pripomína dravú rieku plnú piraní. Šanca, že nádorová bunka cestu prežije a usadí sa inde, je mizivá. Napriek tomu dlho prevládal názor, že väčšina nádorových buniek sa aj cez tieto riziká vydáva na cestu osamote.
V skutočnosti však často putujú spoločne. Vytvárajú skupiny, ktoré môžu mať dvoch až vyše 100 členov a často zahŕňajú aj nenádorové bunky. Aceto a ďalší vedci v uplynulom desaťročí zdokumentovali, akú veľkú výhodu prináša zhubným bunkám spoločné putovanie. „Skupiny rakovinových buniek dokážu vytvárať metastázy oveľa účinnejšie než jednotlivé rakovinové bunky,“ hovorí Andrew Ewald, biológ skúmajúci rakovinové bunky na Univerzite Johnsa Hopkinsa.
Napríklad pri rakovine prsníka pokusy na zvieratách naznačujú, že zhluky známe ako klastre cirkulujúcich nádorových buniek (CTC) vytvárajú metastázy s 50- až 100-krát vyššou pravdepodobnosťou než samostatné bunky. „Ak v krvi nájdeme takéto skupiny, znamená to veľmi zlú prognózu,“ hovorí Kevin Cheung, biológ skúmajúci rakovinu v onkologickom centre Fred Hutchinson.
Tieto skupiny však zároveň ponúkajú nové možnosti, ako odhaliť mechanizmy metastázovania a možno mu aj zabrániť. Tento proces sa doteraz skúmal ťažko, no zhluky CTC už možno zo vzoriek krvi izolovať. Vďaka tomu sa ľahšie zisťuje, čo ich robí smrteľnými a ako ich zastaviť, vysvetľuje Ewald. Vedci už dokončili aj prvé klinické skúšanie potenciálnej liečby zameranej na tieto zhluky. Testovali digoxín, liečivo používané pri srdcových ochoreniach, ktoré blokuje proteínový kanál pomáhajúci bunkám spájať sa. U pacientok s rakovinou prsníka liek mierne zmenšil priemernú veľkosť zhlukov, uviedla Acetova výskumná skupina v roku 2025 na stránkach časopisu Nature Medicine.
Vedci pacientky nesledovali dostatočne dlho na to, aby mohli určiť, či digoxín priniesol aj klinický úžitok. Zmenšenie zhlukov je však podľa Aceta sľubné. Teraz by už bola potrebná len účinnejšia verzia digoxínu špecificky zameraná na rakovinu, dodáva.
Spoločnosť PAGE Therapeutics, ktorú Aceto spoluzaložil, vyvíja zlúčeniny schopné účinnejšie rozrušovať zhluky a čoskoro ich plánuje otestovať v štúdii bezpečnosti. Odborníci medzitým hľadajú aj ďalšie spôsoby, ako zhluky rozbiť alebo zabrániť ich vzniku. „Zistili sme, že zhluky CTC úzko súvisia s prežívaním pacientov,“ hovorí Huiping Liu, biologička skúmajúca rakovinu na Northwestern University. Podľa nej by zásahmi do týchto zhlukov mohli pacientom získať viac času a zlepšiť kvalitu ich života.
Nádorové gangy
Z primárneho nádoru môže denne odísť až 1 miliarda buniek. Vedci už dlho vedia, že niekedy putujú krvným obehom spoločne. Patológovia skúmajúci vzorky tkaniva napríklad v kapilárach identifikovali zhluky rakovinových buniek pripomínajúce zrazeniny, takzvané nádorové embólie.
V roku 1953 patológ Satoru Watanabe z Yaleovej univerzity ako jeden z prvých skúmal, ako tieto zhluky prispievajú k tvorbe metastáz. Niektorým myšiam injekčne podal zhluky nádorových buniek a iným rakovinové bunky oddelené v suspenzii. U všetkých zvierat, ktoré dostali zhluky, s jedinou výnimkou vznikli pľúcne metastázy. U myší, ktorým podal oddelené bunky, sa nevytvorili ani v jednom prípade. Aj neskoršie štúdie s podobnými metódami naznačovali, že zhluky zvyšujú pravdepodobnosť vzniku metastáz. Väčšina vedcov však tieto výsledky prehliadala a sústreďovala sa na schopnosti samostatných buniek.
Nové metódy zachytávania a sledovania zhlukov však postupne sťažovali ich prehliadanie. Začiatkom prvého desaťročia 21. storočia vytvorili harvardskí vedci Dan Haber, biológ skúmajúci rakovinu, a bioinžinier Mehmet Toner spolu s kolegami mikrofluidné čipy. Tieto malé zariadenia pretkané tenučkými kanálikmi používali na analýzu vzoriek krvi pacientov a oddeľovanie jednotlivých rakovinových buniek, pretože predpokladali, že by to mohlo pomôcť pri diagnostike. Podľa Habera však zariadenia z času na čas zachytili aj skupiny buniek. Rozhodol sa preto tieto vzácne zhluky preskúmať podrobnejšie. „Ani som netušil, aké fascinujúce to napokon bude,“ hovorí.
Aceto takmer premeškal príležitosť podieľať sa na tomto výskume. Po skončení doktorandského štúdia totiž uvažoval, že s výskumom skončí. S manželkou sa im práve narodilo prvé dieťa a akademická kariéra sa mu zdala príliš neistá. Napokon sa rozhodol nasledovať svoju vášeň a v roku 2012 začal pracovať v Haberovom laboratóriu. „Hneď po príchode som si uvedomil potenciál zhlukov CTC a sústredil som na ne všetku svoju prácu,“ hovorí.
Prvou výzvou bolo vyvinúť metódu označovania zhlukov, aby ich vedci mohli sledovať a zistiť, či vytvárajú metastázy. Aceto s kolegami geneticky upravili ľudské bunky nádoru prsníka tak, aby produkovali zelené alebo červené fluorescenčné proteíny. Keď túto zmes farebných buniek injekčne podali myšiam, vznikli nádory, v ktorých sa tiež miešali obe farby. Rovnako vyzerali aj takmer všetky zhluky, ktoré sa z týchto nádorov dostali do krvného obehu.
Potom Aceto s kolegami vykonali rozhodujúci test: pod mikroskopom preskúmali metastázy z pľúc zvierat. Ak by nádory vznikli z jedinej bunky, boli by celé zelené alebo celé červené. Ak však metastázy vyrástli zo skupín buniek, ktoré spoločne putovali krvným obehom, museli byť pestrofarebné. „Videli sme, že metastázy boli prevažne viacfarebné,“ spomína Aceto.
Vedci svoje výsledky uverejnili v roku 2014 v časopise Cell. K lepšiemu pochopeniu zhlukov medzitým prispeli aj ďalšie štúdie. Odborníci sa naďalej domnievajú, že mnohé metastázy vznikajú aj z jednotlivých buniek. Existujú však presvedčivé dôkazy, že pri metastázovaní zohrávajú významnú úlohu aj zhluky, hovorí Liu.
Navyše sa zistilo, že k nádorovým bunkám sa môžu pridávať mnohé ďalšie typy buniek a pomáhať im na ceste vrátane krvných doštičiek, imunitných buniek a fibroblastov.
Okrem mikrofluidných čipov využili vedci na identifikáciu zhlukov CTC aj viaceré ďalšie technológie. Komerčne dostupný test CellSearch využíva protilátky, ktoré rozpoznávajú charakteristické proteíny epitelu. Toto ochranné tkanivo pokrýva alebo vystiela mnohé časti tela vrátane kože, čriev, úst a pľúc a vzniká v ňom väčšina rakovinových ochorení. Takýmito metódami vedci zistili skupiny nádorových buniek u pacientov s rôznymi druhmi rakoviny vrátane rakoviny prsníka, prostaty, pankreasu, hrubého čreva a pľúc.
Desaťboj pre bunky
Zhluky sa však objavovali len u časti pacientov a boli zriedkavé. V krvnom obehu onkologických pacientov pripadá na 10 miliárd krviniek jedna nádorová bunka a podľa väčšiny štúdií sú zhluky ešte vzácnejšie. David Juncker, bioinžinier z McGillovej univerzity, sa domnieva, že tieto výsledky podhodnocujú ich skutočný výskyt. Spolu s kolegami predpokladal, že používané detekčné metódy, napríklad mikrofluidné čipy, mnohé zhluky rozbíjajú, čím skresľujú údaje.
Vedci preto vyvinuli iný postup: zvislé trubice naplnili krvou a nechali ju pretekať cez filtre. Pri tomto spôsobe oddeľovania hrozí menšie riziko rozbitia zhlukov než pri preháňaní tekutiny cez čip, vysvetľuje Juncker. Novou metódou našli zhluky v krvi všetkých 30 onkologických pacientov, ktorých vyšetrili. O výsledkoch informovali v roku 2025 v časopise Communications Medicine. U 10 pacientov boli navyše zhluky častejšie než samostatné nádorové bunky.
Prítomnosť zhlukov v krvi človeka môže naznačovať závažnosť rakoviny, pretože počet týchto agregátov s postupujúcim ochorením rastie.
Podľa štúdie uverejnenej v roku 2025 v časopise Nature Medicine môžu bunkové zhluky predznamenávať aj smrť, prípadne k nej dokonca prispievať mechanizmami, ktoré nesúvisia s metastázovaním. Aceto a jeho dvaja kolegovia, Kelley Newcomer a Matteo Ligorio z Texaskej univerzity, merali množstvo cirkulujúcich zhlukov vo vzorkách krvi pacientov v terminálnom štádiu rakoviny. V dňoch pred ich úmrtím počet zhlukov prudko vzrástol. Nie je jasné, či tento nárast priamo prispel k smrti pacientov, alebo odrážal iný smrteľný proces, hovorí Ligorio.
Spoločníci uľahčujú cestu rakovinovým bunkám, ktoré vytvárajú metastázy. „Je to ako desaťboj,“ hovorí Ewald. Tak ako desaťbojári musia podávať špičkové výkony vo viacerých odlišných disciplínach, napríklad v skoku do diaľky, hode diskom a skoku o žrdi, aj putujúce bunky čelia rozmanitým výzvam. Musia napríklad prekonať extracelulárnu matrix, vstúpiť do ciev a deliť sa v novom prostredí.
Putovanie krvným obehom patrí medzi najväčšie výzvy. Hoci sa bunky vytvárajúce metastázy zdržujú v obehu len krátko, počas tohto času sa im nedarí dobre, hovorí Haber. Krv prúdiaca cievami totiž vyvíja sily, ktoré môžu nádorové bunky roztrhať. Keď sa nádorové bunky ocitnú izolované od ostatných, často spustia vlastnú bunkovú smrť. Osamelá nádorová bunka je navyše ľahšou korisťou pre imunitné bunky. Pripojenie k zhluku by ju v zásade mohlo chrániť pred všetkými tromi nebezpečenstvami.
Zhluky však nie sú iba bunky, ktoré sa navzájom držia v boji o život. Vedci zistili, že bunky spolupracujú a prispôsobujú sa. Môžu meniť svoje vlastnosti tak, aby sa viac podobali kmeňovým bunkám, ktorých schopnosť deliť sa a diferencovať im môže pomôcť usadiť sa na novom mieste. Bunky dokonca dokážu vytvárať osobité štruktúry, ktoré môžu zvýšiť ich šance na prežitie.
Richard White z Oxfordskej univerzity skúmal v daniách pruhovaných zhluky oddelené od melanómov a zistil, že bunky často zaujímajú špecifické usporiadanie. Samotné nádory môžu obsahovať dva typy buniek: jeden mimoriadne dobre preniká do tkanív, druhý vyniká v delení. V zhlukoch sa invazívne bunky zvyčajne nachádzajú vo vonkajšej vrstve, zatiaľ čo deliace sa bunky sú ukryté vo vnútri. Toto usporiadanie, o ktorom vedci informovali v roku 2021 v časopise Developmental Cell, môže byť veľmi výhodné, pretože invazívne bunky dokážu chrániť ostatné pred imunitným systémom.
Haber, Toner a ich kolegovia zistili, že bunky nemusia zostať na svojich miestach. Keď zhluky narazia na prekážku, môžu zmeniť tvar. Mnohé bunkové zhluky sú dosť veľké na to, aby uviazli v kapilárach. Niekedy však prejdú aj úzkymi cievami. Aby vedci zistili, ako to dokážu, prinútili zhluky prejsť mikrofluidným čipom s úzkymi kanálikmi. Na ich prekvapenie sa zhluky natiahli do reťazcov, ktoré potom prekĺzli priechodmi. Následne sa vrátili do pôvodného tvaru. Vedci o tom informovali v štúdii z roku 2016 v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.
Rozvratné živly
V súčasnosti sa žiadna onkologická liečba nezameriava výslovne na zabránenie metastázovaniu. Objavy o vzniku a fungovaní zhlukov CTC však naznačujú viacero postupov, ktoré by sa proti nim dali vyskúšať. Najväčší pokrok v tejto oblasti zatiaľ dosiahli Aceto a jeho kolegovia. Otestovali takmer 2.500 schválených liekov, aby zistili, či dokážu rozrušiť zhluky v kultivačných nádobách. Dva z najúčinnejších inhibujú sodíkovo-draslíkovú pumpu, transmembránový proteín. Výsledky naznačujú, že zablokovanie pumpy oslabuje spojenia medzi bunkami.
Aby Aceto s kolegami overili, či tento mechanizmus funguje aj v živom organizme, v roku 2020 začali klinické skúšanie I. fázy s digoxínom u pacientok s rakovinou prsníka. Digoxín je liek na srdcové zlyhávanie, ktorý inhibuje sodíkovo-draslíkovú pumpu. Vedci pacientkam odobrali krv, potom im 7 dní podávali digoxín a napokon odobrali ďalšie vzorky krvi. Zhluky v krvi pacientok sa za týždeň zmenšili približne o dve bunky. Prvá štúdia bezpečnosti spoločnosti PAGE Therapeutics s účinnejšou zlúčeninou schopnou rozrušiť zhluky by sa mohla začať už v roku 2027, hovorí Aceto.
Ďalší možný spôsob rozrušenia zhlukov vyvinula bioinžinierka Anne-Laure Papa z Univerzity Georgea Washingtona so spolupracovníkmi. Pri prechode obehovým systémom sa môže v zhlukoch hromadiť proteín fibrín, súčasť krvných zrazenín, ktorý spája nádorové bunky. Zhluky navyše často maskujú krvné doštičky, bunkové fragmenty podieľajúce sa na zrážaní krvi. V sérii experimentov vedci vytvorili takzvané doštičkové návnady: bunkové fragmenty namočili do detergentu, ktorý im bráni vyvolať tvorbu krvných zrazenín. Návnady potom naplnili tPA, liekom na rozpúšťanie zrazenín používaným pri infarkte a mozgovej príhode, ktorý rozkladá fibrín. Následne ich injekčne podali myšiam, ktoré dostali injekciu zhlukov nádorových buniek.
Vedci v roku 2024 v časopise Advanced Healthcare Materials uviedli, že v porovnaní so zvieratami, ktoré dostali iba tPA, sa u myší liečených doštičkovými návnadami vytvorili menšie metastázy a zvieratá žili približne o 10 % dlhšie. „Pred klinickým skúšaním bude potrebná ďalšia práca vrátane doladenia dávkovania a harmonogramu injekcií,“ hovorí Papa.
Samotné rozbitie zhlukov nádorových buniek nemusí stačiť. „Otázkou zostáva, o koľko sa po ich rozbití zníži metastatický potenciál,“ hovorí Cheung. Podľa Liu bude na potlačenie zhlukov potrebná stratégia pôsobiaca na viacerých frontoch. „Kiežby to bolo také jednoduché, že by sa všetko dalo vyriešiť jedným zázračným liekom. V skutočnosti je však situácia oveľa zložitejšia,“ pokračuje výskumníčka.
Na zhluky bude pravdepodobne potrebné útočiť viacerými liekmi vrátane zlúčenín, ktoré zvýšia ich zraniteľnosť voči imunitnému systému.
Liu a jej spolupracovníci zistili, že cirkulujúce nádorové zhluky u pacientok s rakovinou prsníka často ukrývajú vzácny typ imunitného strážcu, takzvanú dvojito pozitívnu T-bunku. Bunky s receptormi CD4 aj CD8 tvoria menej než 0,1 % T-buniek v krvi, no predstavujú viac než 14 % imunitných buniek v zhlukoch CTC pacientok. Vyplýva to zo štúdie uverejnenej v roku 2025 v časopise Journal of Clinical Investigation. Prítomnosť týchto buniek zvýšila pravdepodobnosť, že zhluk vytvorí u myší metastázu. Analýza skupiny Liu tiež potvrdila, že tieto bunky pomáhajú potláčať imunitné reakcie proti zhlukom.
Vedci zistili, že dvojito pozitívna T-bunka potrebuje na pripojenie k zhluku na svojom povrchu ďalší receptor, VLA-4, ktorý sa viaže na zodpovedajúci proteín nádorových buniek. Liu s kolegami zistili, že podanie protilátky blokujúcej VLA-4 myšiam s nádormi obmedzuje metastázovanie a viac než zdvojnásobuje šancu, že zvieratá prežijú aspoň 6 týždňov. Ľudská verzia tejto protilátky, natalizumab, je už schválená na liečbu sklerózy multiplex a Crohnovej choroby. Liu uvádza, že sa s kolegami pokúša zorganizovať klinické skúšanie tohto lieku u pacientok s rakovinou prsníka. Zároveň vyvíjajú zlúčeninu na inhibíciu iného proteínu, ktorý chráni zhluky pred imunitným systémom.
***
Podľa Cheunga by najlepším spôsobom, ako obmedziť tvorbu metastáz, mohlo byť zabrániť samotnému vzniku zhlukov. Keď nádory dosiahnu určitú veľkosť, často nastáva nekróza, pri ktorej vnútro nádoru odumiera. Cheung a jeho kolegovia v roku 2023 na stránkach časopisu PNAS uviedli, že po nástupe nekrózy vzrástol počet zhlukov v krvi potkanov desaťnásobne. Keď však vedci zvieratám implantovali nádory, ktorým chýbal kľúčový proteín potrebný na nekrózu, zhluky takmer úplne zmizli.
„Zistili sme, že ak zabránime nekróze, počet CTC aj zhlukov CTC klesne na nulu,“
hovorí Cheung. Jeho výskumná skupina v súčasnosti pracuje na vývoji protilátky, ktorá zacieli na tento proteín a zastaví nekrózu.
Príslušnosť k zhluku nádorovej bunke nezaručuje, že si nájde nový domov. Spoločné putovanie však podľa všetkého prináša práve toľko výhod, aby niektoré z nich mohli dokončiť svoj smrteľný pochod. Vedci skúmajúci rakovinu teraz dúfajú, že tieto poznatky dokážu obrátiť proti bunkám a v prospech pacientov.
