在实体瘤中，细胞的不同表型和体外培养时仅一小部分细胞是具有克隆形成性的。例如：只有千分之一至五千分之一的肺癌，卵巢癌和神经母细胞瘤细胞可在软琼脂中形成克隆。如上文中的白血病干细胞，这些观察引出了这样的假设：仅少数癌细胞是实际上致瘤性的细胞，且这些致瘤细胞能被认为是肿瘤干细胞。
如上解释也存在两种可能性：要么是所有实体癌细胞具有较低的广泛增殖能力，并在克隆形成实验中表现为肿瘤干细胞特点；或是大多数癌细胞仅具有有限的增殖潜能而不能表现为肿瘤干细胞行为特点，而少数细胞富有广泛的增殖和形成肿瘤的能力可定义为肿瘤干细胞。在以上两种情况，癌细胞的异质性可能产生于肿瘤周围的环境不同和连续的突变。这两种可能性的本质差别是可预测的，按第二种可能性，无论环境或细胞的突变状态，仅有少数表型明显的癌细胞有广泛增殖潜能或形成新的肿瘤能力（图4）。实体瘤细胞的异质性的这些模式不能被区分，因为目前仍无人发表证实纯化的非培养实体瘤细胞是富有肿瘤形成能力的.
图 4 Two general models of heterogeneity in solid cancer cells.
实体瘤干细胞的含义
如果实体瘤的生长是受肿瘤干细胞的驱使，这将对癌症的治疗具有深远的意义。目前，所有表型不同的癌细胞均被视为似乎有无限增殖的潜能和能够获得转移的能力。然而，多年来已认识到仅有少数散布的远离肿瘤初始发生部位的癌细胞能在无明确转移癌的病人中被检测到。一种可能性是免疫监视作用在癌细胞形成可检出的肿瘤之前已将散布的癌细胞高效地杀灭。另一可能性是多数癌细胞缺乏形成新的肿瘤的能力，这样仅有散布的极少量的肿瘤干细胞能引起癌症转移。如果是这样，治疗的目的必须是确定和杀灭肿瘤干细胞。如果实体瘤干细胞能够预先被识别并分离出，那么我们将能够确定出更有效的新的诊断标志物和针对表达于肿瘤干细胞进行治疗的靶位。
