在2009年8月一个闷热的傍晚，帕特·艾略特注意到她的脚似乎肿了。由于她在凤凰城教研讨会站了好几个小时，她并不感到惊讶。“我以为是天气热，”她说。但她的脚也很痛，所以艾略特决定稳妥起见，打电话给她的医生，医生建议她来做一些检查。几天后，这位营销专业人士得知她患上了一种罕见的血癌，称为慢性粒细胞白血病 (CML)。
艾略特的癌症是由她的骨髓中一个或多个干细胞发生的基因变化引起的。（正常情况下，这些干细胞会产生体内各种血细胞。）这种缺陷导致干细胞及其后代产生一种称为 Bcr-Abl 的异常酶。这种酶向骨髓发出信号，使其产生过多的未成熟白细胞，并使它们比正常情况下存活更长时间。然后，增殖的血细胞挤占健康细胞，损害骨髓，并使感染得以发生。一旦这些异常细胞进入血液，它们还会导致脾脏肿大并损害其他器官。艾略特脚部的疼痛和肿胀很可能是由她的疾病引起的肾脏问题造成的。CML 通常一开始是相当无害的，尤其是在治疗后。然而，如果不及时治疗，它可能会变得具有侵袭性和致命性。
为了控制病情，艾略特每天服用一颗亮黄色的药丸。这种名为伊马替尼（商品名为格列卫）的药物与异常酶结合并关闭增殖信号。没有这种酶，多余的白细胞就会正常成熟并按时死亡。事实上，最近的一项研究表明，在开始伊马替尼治疗后至少存活两年的 CML 患者可以期待正常的寿命。但这颗药丸并非治愈方法。少量长寿命的癌细胞仍然存在于艾略特的体内。如果她停止服药，癌症将复发。
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虽然伊马替尼使艾略特以及美国约 22,000 名其他 CML 患者得以存活和健康，但该药物无法根除癌症这一事实表明，大多数研究人员用来可视化肿瘤如何生长的标准模型，以及从该模型中产生的治疗方法，可能存在缺陷。最近，另一种假设获得了关注；如果证明这种假设更准确，医生可能需要调整他们的治疗方法，将治疗目标对准肿瘤内特定的细胞亚群。
两种模型
肿瘤学家长期以来一直假设大多数肿瘤都是由单个细胞发展而来的。在经历一系列基因突变后（这些突变是由于暴露于辐射、香烟烟雾、饮食选择或遗传倾向而发生的），这个单个细胞开始不受控制地分裂成更多细胞。每一代后代细胞都会积累更多的基因错误，从而使肿瘤变得更大、侵入局部组织，并最终扩散（转移）到身体的其他部位。根据癌症生长的标准模型，一旦肿瘤获得了扩散能力，任何一个始祖细胞的后代都可能脱落并形成新的肿块——这就是为什么卫生部门强调早期诊断以及需要摧毁所有肿瘤细胞以防止复发的原因。
另一种观点认为，肿瘤中只有少数细胞（称为癌症干细胞）具有不受控制地生长和扩散的能力。这些细胞无限期地自我更新（基本上是制造自己的精确副本），并且还会产生具有不同特性和有限寿命的细胞混合物。通过这种方式，癌症干细胞类似于遍布全身的正常干细胞，这些干细胞会替换旧的或受损的组织，例如皮肤或肠道内壁。然而，与正常干细胞不同，癌症干细胞会忽略任何和所有告诉它们停止分裂的化学信号。根据这种替代概念，肿瘤中的大多数细胞最终都会死亡，因此应该不太危险。然而，肿瘤中的少数干细胞将特别致命：即使最初的治疗幸存下来一个癌症干细胞，它也可能在几周、几个月甚至几年后产生一个全新的肿瘤。
至少四十年的研究支持了癌症干细胞在所谓的血液和淋巴系统液态肿瘤的起源中起主要作用的观点。但科学家们直到最近才开始探索癌症干细胞可能也对实体肿瘤（如肺癌、乳腺癌和肝癌）的发生负责的可能性。癌症干细胞的存在也可能阐明为什么伊马替尼不能治愈 CML。如果干细胞独特地不需要 Bcr-Abl 酶才能存活，那么无论使用多少酶阻断药物都无法消除它们。“这些细胞可以浸泡在伊马替尼的海洋中，但它们不会被杀死，”多伦多大学癌症干细胞研究的先驱约翰·E·迪克说。研究人员还怀疑，癌症干细胞可能是看似成功的治疗后多年复发的原因。一些癌症干细胞似乎进入休眠状态，使它们能够在最初的治疗中相对毫发无损地存活下来。
证据
癌症干细胞可能在实体瘤以及液态瘤中发挥作用的第一个有力证据来自 2003 年对恶性乳腺组织的研究。这项研究开启了迪克所说的“令人屏息的兴奋”的时代。癌症干细胞的想法吸引了许多研究人员，因为它似乎解释了很多问题，不仅包括肿瘤内细胞的多样性，还包括为什么传统的癌症疗法经常失败。珍妮·C·张（Jenny C. Chang）进行的第二项乳腺肿瘤研究也提供了令人信服的证据，证明癌症干细胞可能对标准治疗具有异常的抵抗力。珍妮·C·张现在是休斯顿卫理公会医院的肿瘤学家。
当时，张在休斯顿的本·陶布综合医院为患者工作，该医院为该地区 150 万没有保险的居民提供服务。由于许多本·陶布医院的患者获得医疗保健的机会有限，他们往往会延迟去看医生，因此当他们被诊断出患有癌症时，他们的癌症已经更加晚期。事实上，肿瘤通常非常大，以至于在尝试手术之前需要先进行化疗以缩小肿瘤。这些情况为张提供了一个独特的机会来研究耐药性。
张开始在化疗前后对肿瘤进行活检。当她与贝勒医学院的杰弗里·M·罗森（Jeffrey M. Rosen）以及同事们比较这些活检样本时，他们发现治疗后采集的样本中，似乎是癌症干细胞的比例更高，这是由其表面某些蛋白质的存在决定的。在治疗前，假定的癌症干细胞平均约占肿瘤的 4.7%。经过 12 周的化疗后，该比例上升至 13.6%，这表明癌症干细胞比肿瘤中的其他细胞更能耐受化疗。此外，当将化疗后活检样本中的细胞悬浮培养时，它们比化疗前样本中的细胞形成更多的多细胞球，而这通常是干细胞才会做的。
争议
迄今为止，研究人员已经报告在乳腺、脑、皮肤、结肠、前列腺、胰腺和肝脏等肿瘤中发现了癌症干细胞的证据。但随着越来越多的科学家加入该领域，并试图重复彼此的工作，情况变得更加复杂。例如，2008 年，密歇根大学干细胞生物学中心主任肖恩·J·莫里森（Sean J. Morrison）发现，如果他调整小鼠中用于检测癌症干细胞的测试或分析方法，他可以显着改变结果。之前的一项研究表明，每百万个细胞中只有一个是黑色素瘤干细胞。莫里森发现，每四个细胞中就有一个可以形成肿瘤。“如果你改变分析方法，并且你发现可以形成肿瘤的人类癌细胞谱发生了巨大变化，那么这真的会让你担心得出结论，”他说。
今天，该领域存在分歧。虽然至少某些癌症似乎遵循干细胞模型，但研究人员对哪些肿瘤属于该类别存在分歧。而且，目前尚无人知晓专门针对癌症干细胞的疗法是否能够挽救生命，或者如何最好地识别癌症干细胞。研究人员也不了解癌症干细胞是如何产生的，它们多久来源于正常干细胞，以及每个肿瘤只有少量还是很多这种细胞。一些最新的研究结果表明，标准模型和癌症干细胞思想的复杂混合最接近于阐明癌症的形成方式。
尽管存在争议，但这项研究正在促使科学家们更加密切地关注在所有肿瘤中发现的各种细胞亚群。斯坦福大学的癌症研究员拉温德拉·马杰蒂（Ravindra Majeti）正在努力开发诊断工具，以根据肿瘤细胞中最活跃的基因来指示特定癌症的侵袭性以及因此需要哪种类型的治疗。希望这种方法能够比标准方法更准确地衡量肿瘤的恶性程度，标准方法涉及在显微镜下检查细胞并根据其异常程度对其进行分级。
目前，艾略特将继续服用她的黄色药丸并努力保持积极态度。“我们感谢我们所拥有的一切，”她代表她自己和她的病友说道。“但我们真正想要的是治愈这种疾病并过上正常的生活。”