Kasvaja tüvirakud

Kasvaja tüvirakud on kasvaja rakud, millel on oma populatsiooni säilitamise ja diferentseerumise võime.

Vähiravi

Pahaloomuliste kasvajate vastu võitlemiseks kasutatakse erinevaid meetodeid. Kirurgiline eemaldamine, kiiritusravi ja süsteemsed ravimid, nagu kemo- või hormoonteraapia, on traditsiooniliselt kasutatavad meetodid. Kuid nendel meetoditel on olulisi piiranguid. Sageli ei suudeta kirurgiliselt eemaldada tervet kasvajat ja kõiki vähirakke kuid kiiritamine ning kemoteraapia kahjustavad terveid kudesid. Need meetodid on edukad, kui vähi kolle on lokaliseeritud, aga metastaatiliste kasvajate vastu ei ole need efektiivsed. Pärast vähiravi võib tekkida haiguse taasesinemine, mis seisneb kasvaja taasmoodustumises. Usutakse, et põhjus võib peituda rakkude populatsioonis, mida kutsutakse kasvaja tüvirakkudeks .
Enamik vähkkasvajaid koosneb heterogeensest rakkude populatsioonist, millest osa moodustavad ilmselt kasvajate tüvirakud. Eksperimentaalselt on tõestatud, et mõnes vähi tüübis selline mudel kindlasti kehtib   . Kuid tulenevalt puuduvatest kasvajate tüviraku markeritest või tingituna ebasobivatest katsemeetoditest ei ole veel täit selgust selles, kas selline mudel on universaalne .

Kasvajate tüvirakkude tuvastamine

Kasvajate tüvirakke saab tuvastada katseliselt, uurides nende võimet moodustada uuesti samasuguse koostisega kasvajaid, kust nad pärit on .
1997. aastal identifitseeriti inimese leukeemia rakkudest rakupopulatsioon, mis suutis erinevalt ülejäänud leukeemiarakkudest immuunpuudulikesse hiirtesse süstituna põhjustada inimese leukeemiat . Tuvastati kasvajarakkude populatsioon, mis kandis tüvirakkudele omaseid tunnuseid: võimet populatsiooni säilitada ja diferentseeruda. Populatsiooni säilitamine võimaldab tuumorite teket ja kasvu. Diferentseerumine, ehkki mitte normaalsele koele omane, vastutab kasvaja fenotüübilise heterogeensuse eest. 
On tõestatud, et kasvaja tüvirakud võivad tekkida kudedes paiknevatest normaalsetest tüvirakkudest. Kasvaja tüvirakud võivad täiskasvanu tüvirakkudest tekkida viimaste pika eluea tõttu, mille jooksul on nad sihtmärgiks mitmetele vähki põhjustavatele mutatsioonidele. Samuti on täiskasvanu tüvirakkudel ja kasvaja tüvirakkudel mitmeid ühiseid omadusi – ka see viitab võimalusele, et kasvaja tüvirakud on tekkinud normaalsetest tüvirakkudest. 
Oluline on aga seegi, et kasvaja ei pruugi tekkida ainult täiskasvanu tüvirakkudest . Ka tüvirakkudest tekkinud vahevormidel, mis ei ole veel lõplikult diferentseerunud, aga suudavad veel paljuneda, võivad tekkida arenguregulatsiooni häired. Sellisel juhul võib juba diferentseerumisele suunatud rakk omandada taas võime enese uuendamiseks sarnaselt eellasest tüvirakuga. Rakul tekib omadus, mida tal enam olla ei tohiks, ja see võib põhjustada kasvaja tekke.

Kasvaja tüvirakud ja normaalsed tüvirakud

Embrüonaalsed tüvirakud on pluripotentsed rakud, nad võivad moodustada kõiki embrüo rakke. Täiskasvanu tüvirakud on multipotentsed ehk suudavad diferentseeruda ainult teatud tüüpi rakkudeks. 
Täiskasvanu tüvirakud esinevad nii organites, mis pidevalt uuenevad (veri, epidermis), aga ka organites, millel teatakse olevat väiksem proliferatiivne võime (aju, lihased) .
Täiskasvanu tüvirakud ja kasvaja tüvirakud jagavad mitmeid ühiseid omadusi, eelkõige võimet oma populatsiooni taastoota ja diferentseeruda erinevateks rakkudeks . Samuti ühendavad neid aktiivne telomeraasi ekspressioon, antiapoptootiliste radade aktivatsioon, suurenenud membraani transporterite aktiivsus ning võime migreeruda ja metastaseeruda .
Kuigi valdavalt on tüviraku küpsemine ühesuunaline, on olukordi, kus juba diferentseerunud rakk suudab ennast paljundada või veelgi edasi diferentseeruda. See näitab, et tüvirakkude järglaskond on plastilisem, kui võiks arvata. Kuid selline plastilisus ei avaldu ilmselt normaalsetes olukordades, vaid tekib eksperimentaalsel teel või vastuseks vigastustele. Tüvirakkude ja nende järglaste plastilisus on ka vähirakkude populatsioonis oluline tegur (vaata Vähi tüvirakkude plastilisus). 
Erinevalt tavalistest tüvirakkudest, mille proliferatsioon ja genoomi terviklikkus on hästi kontrollitud, puudub kasvaja tüvirakkudel põhjalik kontroll nende protsesside üle . Normaalse arengu käigus on tüvirakkude populatsiooni taastootmine reguleeritud signaalidega, mis pärinevad tüvirakku ümbritsevalt keskkonnalt, niinimetatud tüviraku nišilt. Üks varajasi kasvaja tüvirakkude tekke etappe täiskasvanu tüvirakkudest võib olla häirete teke populatsiooni taastootmises.
Vähi tüvirakke iseloomustab ka embrüonaalsete tüvirakkudele omaste markerite Nanog, Oct4 ja Sox2 ekspressioon  . Oct4 ja Nanog geenid on vähi tüvirakkudes seotud kasvajale omase pahaloomulise oleku stimuleerimisega  . Nanog geeni väljalülitamine inhibeerib aga kasvajate arengut .
Kasvaja tüvirakud ja embrüonaalsed tüvirakud kasutavad samu signaalradasid. Wnt signaalrada on oluline tüvirakkude iseuuenemise regulatsioonis, kuid kasvajate puhul on seostatud seda hoopis pahaloomulise prolifereerumisega . Ka tüvirakkudele iseloomuliku Notch signaalraja puhul on näidatud seost kasvaja tüvirakkudega . Kasvajate moodustumisel on oluline roll näidatud ka tüvirakkudes esinevas Hedgehog signaalrajas .
Nimetatud molekulaarsed mehhanismid on olulised potentsiaalsete ravimite väljatöötamisel.

Kasvaja tüvirakud ja metastaseerumine

Kasvaja tüvirakke on seostatud võimega tekitada metastaase. Rakkude võime teisi kudesid asustada ja metastaseeruda on seotud protsessiga, mida nimetatakse epiteel-mesenhümaalseks transitsiooniks (EMT) . Arvatakse, et EMT muudab võimalikuks ka vähirakkude metastaseerumise . Kuigi on tuvastatud seos kasvaja tüvirakkude ja metastaaside vahel, ei saa siiani veel kindlalt väita, et just vähi tüvirakud on kasvajate metastaseerumise alged .

Vähi tüvirakkude plastilisus

Tüvirakkude ja EMT uurimine on tuvastanud plastilisuse tüvirakkude ja nende diferentseeritumate derivaatide vahel . On näidatud, et EMT suudab diferentseerunud kasvajarakke suunata kasvaja tüviraku laadsesse seisu . Need uuringud näitavad funktsionaalset lüli kasvaja tüvirakkude ja EMT vahel ning viitavad sellele, et kasvaja tüvirakud võivad tekitada metastaase.
Kasvaja tüvirakud ja nende diferentseerunumad järeltulijad võivad teatud keskkonnatingimustes üksteiseks muutuda, kuid sellegipoolest on mistahes ajahetkel nii funktsionaalselt kui fenotüübiliselt eristatavad kasvajate tüvirakkude ja mittetüvirakkude populatsioonid . Ilmselt kontrollitakse nende populatsioonide tasakaalu rakke ümbritseva mikrokeskonnaga, nii nagu normaalsete tüvirakkude nišš kontrollib nende arvukust ja jagunemist .