Jedną z przyczyn niepowodzeń leczenia chorych na nowotwory złośliwe jest istnienie komórek macierzystych raka (cancer stem cells, CSCs). Stanowią one tylko 2% masy guza, ale mają unikalne właściwości, takie jak samoodnawianie, nieograniczona proliferacja, niesymetryczne podziały i przebywanie w stanie utajenia (dormant cells). Komórki macierzyste raka są oporne na standardowe leczenie (chemio- i radioterapię), powodują więc progresję raka, przerzutowanie i nawroty. Mają swoiste biomarkery, na których podstawie identyfikuje się je oraz izoluje. Do najczęściej wykrywanych markerów w raku piersi, jajnika, endometrium, a także w innych lokalizacjach narządowych należą: CD44+, C117 (c-Kit), CD133+ (promina), ALDH1 (dehydrogenaza aldehydowa 1), Oct-4 (POU5F1), nestyna i BMI1. Komórki macierzyste raka korzystają z licznych szlaków sygnałowania (Wnt, SHH – sonic hedgehog homologue, PI3K/AKT/mTOR). Badania wykazały, że można uzyskać kliniczną korzyść, stosując salinomycynę (antybiotyk wyizolowany ze Streptomyces albus) albo lek przeciwcukrzycowy – metforminę. Trwają badania nad terapią celowaną: tarczą mogą być zarówno biomarkery komórek macierzystych raka, jak i szlaki sygnałowania (lub ich składowe), z których one korzystają. W centrum zainteresowania są również mikroRNA, koordynujące ekspresję wielu genów, i strategie metaboliczne celowane na mitochondria komórkowe.