A maioria dos cânceres contém uma subpopulação de células tumorais não uniformemente distribuída e geneticamente distinta.

Algumas dessas células, chamadas células-tronco cancerígenas, possuem as características associadas às células cancerígenas e às células-tronco. Isso significa que, além de participar da propagação do tumor, essas células podem se auto-renovar e se diferenciar em várias linhagens.

Uma célula-tronco cancerígena, ou CSC, pode sofrer divisão celular assimétrica - onde um conjunto de células-filhas retém o potencial de células-tronco e pode se dividir indefinidamente, enquanto o outro pode passar por apenas algumas rodadas de divisão antes de se diferenciar terminalmente e eventualmente morrer.

Um CSC também pode secretar níveis elevados de fatores de crescimento endotelial vascular dentro de um tumor e gerar novos vasos sanguíneos e linfáticos que mantêm um suprimento contínuo de nutrientes para o tumor em crescimento.

Além disso, as células-tronco cancerígenas podem atingir propriedades como aumento da capacidade de invasão e migração, o que pode ajudá-las no estabelecimento de locais metastáticos secundários no corpo.

Embora as células-tronco cancerígenas tenham o potencial de semear novos tumores e impulsionar seu crescimento, são as células-tronco não que se dividem rapidamente que formam os principais componentes do tumor e sustentam seu crescimento.

Essa heterogeneidade na população de células cancerígenas torna difícil para a maioria das terapias contra o câncer direcionar e se livrar de todas as células cancerígenas de uma só vez.

Além disso, as células-tronco cancerígenas usam mecanismos de sobrevivência, como aumento da ativação de bombas de efluxo de drogas, atividade de reparo de DNA ou expressão de enzimas de desintoxicação que as ajudam a escapar das terapias contra o câncer.

Por exemplo, o medicamento anticancerígeno - mesilato de imatinibe é freqüentemente usado no tratamento da leucemia mielóide crônica. Enquanto as células cancerígenas diferenciadas são sensíveis à droga, as células-tronco cancerígenas podem escapar da terapia exibindo superexpressão das proteínas transportadoras de membrana ABCB1 e ABCG2.

Essas proteínas ajudam as células a emigrar a droga e reduzir seus níveis intracelulares, levando à geração de células cancerígenas resistentes.

Uma única célula-tronco cancerígena sobrevivente pode restabelecer a cultura, ressuscitar a doença e causar recidiva do tumor.