La metástasis se produce porque las células tumorales adquieren un mayor grado de autonomía:
Enzimas como las metaloproteinasas desempeñan un papel vital en la progresión a través de los vasos sanguíneos. Se trata de un proceso relativamente ineficaz, ya que incluso los tumores de gran tamaño sólo producen unas pocas metástasis hematógenas al día. Las células tumorales circulan entonces como un émbolo dentro de la circulación. Es en este momento cuando puede producirse la regulación por parte de las células linfoides: las células asesinas naturales y los macrófagos pueden destruir directamente las células tumorales, mientras que las células T citotóxicas requieren la presencia de un antígeno que recubra la célula tumoral. Si las células tumorales sobreviven, pueden adherirse a una membrana basal en un lugar distante y luego invadir localmente. Se cree que el lugar en el que se asientan depende en parte de la localización anatómica del tumor primario y de las propiedades de la superficie celular de las metástasis.
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