Leki chemioterapeutyczne mają na celu specyficzne cechy komórek nowotworowych, które są nieprawidłowymi komórkami, których materiał genetyczny uległ mutacji. Częstość mutacji jest tak wysoka, że każdy guz składa się z komórek z różnymi mutacjami. Mogą one umożliwić zmianę wyglądu komórki i jej produktów. Lek przeciwnowotworowy może nie rozpoznawać komórek docelowych lub guz może aktywnie blokować działanie leku. Mutacje i ich wyniki są zatem bardzo ważne dla badań nad lekoopornością nowotworów.
Lekooporność w raku rozwija się, gdy guz zawiera zarówno podatne, jak i oporne komórki. Lek zabija wrażliwe komórki, ale pozostawia oporne. Początkowo lek może zmniejszyć guz i wydaje się, że leczenie działa.
Cechą charakterystyczną komórek rakowych jest to, że rozmnażają się w sposób niekontrolowany, pozostałości nowotworu mogą zacząć ponownie rosnąć. Dlatego w chemioterapii powszechnie stosuje się więcej niż jeden lek. Różne działania leków mogą atakować komórki z różnymi mutacjami.
Za każdym razem, gdy komórka się rozmnaża, materiał genetyczny wewnątrz komórki może cierpieć z powodu mutacji, która jest zmianą sekwencji genetycznej. Geny komórki są planem struktury i produktów tej komórki. Mutacje mogą być korzystne, neutralne lub szkodliwe dla komórki. Korzystne mutacje pozwalają czasami komórce przetrwać atak, co skutkuje lekoopornością w raku.
Czasami komórki rakowe mogą zawierać nieprawidłową ilość chromosomów. Ludzie zwykle mają 46 chromosomów, z których połowa to duplikaty pozostałych 23. Oporność na leki w przypadku raka jest bardziej prawdopodobna, jeśli guz zawiera komórki z mniej lub więcej niż 46 chromosomami.
Leki przeciwnowotworowe mogą być zmuszone do wniknięcia do komórki w celu wykonania działania terapeutycznego. Zewnętrzne elementy strukturalne komórki mogą zostać zmienione przez mutację genetyczną. Te składniki mogą zostać zmienione lub liczba celów dla leków może zostać zmniejszona.
W przypadku receptora estrogenowego w raku piersi lub jajnika, docelowy składnik może zostać całkowicie utracony. W takich przypadkach lek nie może przedostać się przez błonę w odpowiednich ilościach lub wcale. Komórki nowotworowe mogą również wysyłać lek z powrotem z komórki po dostaniu się do niej. Komórka rakowa może również mieć zwiększoną zdolność do rozkładania leku po wejściu do środka.
Inny lek może działać poprzez wiązanie się z określoną cząsteczką i blokowanie jej funkcji. Jeśli gen celu jest zmutowany, wygląd cząsteczki może zmienić się na tyle, aby uniknąć wykrycia przez lek. Komórka może również wytwarzać zwiększone stężenie cząsteczki docelowej, umożliwiając niektórym ucieczkę przed lekiem. Może się tak zdarzyć, jeśli genom komórki zawiera więcej kopii odpowiedniego genu niż zwykle lub jeśli komórka może stymulować gen do produkcji znacznie większej liczby cząsteczek niż zwykle.