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曾经参加调查组的该院血液科医生张亭栋，开始组织人员做一些动物实验和临床研究。临床观察发现，这一注射剂对一些白血病同样有效，但其副作用也很明显。有些患者用药后，血压立即升高，头痛剧烈；有的患者还出现蛋白尿和肾功能损伤。于是张亭栋组织人员，分离其中的有效成分。
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研究人员将原方中的三味药分成两组，一组配方由砒霜和轻粉组成，二组配方则包括砒霜和蟾酥。实验发现两组配方都有效，但连续注射一号配方，患者常出现蛋白尿。考虑到轻粉是汞剂，会影响肾功能，于是决定去掉轻粉。只用到了砒霜，研究人员惊奇地发现疗效未减。再进一步直接使用纯的亚砷酸（即三氧化二砷的水溶液），效果依然很好。于是最终认定药方中真正起作用的是三氧化二砷［arsenic（Ⅲ） oxide］。
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由于口服砒霜直接作用在胃肠道，会造成黏膜损伤。因此确定了静脉注射亚砷酸钠（sodium arsenite）的给药方式，毒性会大大减轻，也更有利于患者吸收。通过摸索，每日的剂量定在了10毫克。这一剂量的砷剂能很快被人体代谢掉，而不至于造成器官损伤。经过20年的临床实践，最终确定砷剂对APL有非常显著的疗效，总缓解率达到90%。这种治疗方法成本较低，也比较安全，其毒副作用不比其他治疗方法严重。尤其对经维A酸等化疗药物治疗后，产生耐药性和复发的患者很有效。
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哈尔滨医科大学第一附属医院于1992年组建了黑龙江哈尔滨医大药业有限公司，后来砷剂由这一公司生产。1995年8月23日，该院以张亭栋为发明人申请了中国专利，在这一成果的归属上，医院内部有争议。而塞缪尔华克斯曼抗癌研究基金会（Samuel Waxman Cancer Research Foundation）以帮助其在美国申请了专利为由，花较小代价拿走了国外的亚砷酸钠开发权。
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不过，另外一家企业，派拉蒙投资公司专门成立了一个虚拟公司波拉克斯生化药业公司（PolaRx Biopharmaceuticals）来研发三氧化二砷静脉注射液，该公司首先申报专利。于是华克斯曼抗癌研究基金会只得以对方设置的合作条件把亚砷酸钠专利授权给他们。
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专利转让后，却被对方束之高阁，后来因中断缴费而中止。而波拉克斯生化药业公司仅在美国FDA临床试验中心官方备案进行的砷化物治疗肿瘤的临床研究就多达100余个。该公司申请众多同族专利，完全控制了这一领域，为其后续收益奠定了基础。
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在派拉蒙投资公司的主持下，该公司说服美国FDA，借用中国研究资料，申报孤儿药，并得到了支持。他们做完一期临床，并在《新英格兰医学杂志》发表，引起轰动。FDA也同意他们借用中国的临床数据，简化美国的临床病例数。美国医生通过越洋电话得到中国医生的详细指导，使得临床实验进行得非常顺利。
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三氧化二砷（arsenic trioxide）以治疗APL的适应证，于2000年获得了美国FDA的批准，商品名Trisenox。当年，另一药企细胞医疗公司（Cell Therapeutics）就收购了它。2005年，细胞医疗公司又把它转卖给法隆制药公司（Cephalon）。
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在1994年的一次国内学术会议上，哈尔滨医科大学第一附属医院研究团队与王振义研究团队进行了交流，并很快建立了合作关系。随后陈竺等人发现，维A酸和砷剂是通过不同的途径，靶向作用于该型白血病的同一关键致病基因编码的蛋白质。在两药共用的“协同靶向治疗”临床试验中，90%以上的患者长期无病生存，从而使早幼粒细胞白血病有可能成为人类第一个基本可治愈的白血病。
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上海血液研究所陈竺、陈赛娟研究员等用三氧化二砷成功治疗全反式维A酸耐药复发的APL患者，并发现砷剂诱导白血病细胞分化和凋亡的双重药理学机制。他们经过进一步临床实践证明，全反式维A酸和三氧化二砷联合应用可以使约90%的APL患者达到5年无病生存，且未见明显长期毒性作用，从而使APL成为第一种基本可以被治愈的急性髓细胞性白血病。
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从抗真菌药到免疫抑制剂：西罗莫司（雷帕霉素）的发现
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哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一个丝氨酸／苏氨酸激酶（serine/threonine kinase），属于磷脂酰肌醇3激酶相关激酶［phosphatidylinositol-3 kinase（PI3K） related kinases （PIKKs） ］家族。它可以调节细胞代谢、生长和繁殖。常见的雷帕霉素靶蛋白抑制剂（mTOR inhibitors）是雷帕霉素类似物，它可以抑制肿瘤细胞。
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西罗莫司（sirolimus）于1999年上市，是一种大环内酯抗生素类免疫抑制剂。1972年，加拿大耶斯特实验室（Ayerst）的苏伦·塞加尔（Suren Sehgal）与同事从太平洋智利复活节岛（Easter Island）土壤样品中培养的吸水链霉菌（Streptomyces hygroscopicus）中分离得到西罗莫司，因为复活节岛土著名为Rapa Nui，所以命名为雷帕霉素（rapamycin）。
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一开始，它只是被用来作为抗真菌药物。1977年，西罗莫司被发现具有免疫抑制作用，1989年开始把西罗莫司作为治疗器官移植排斥反应的新药进行试用。经过Ⅲ期临床试验，1999年10月惠氏（Wyeth）公司研制的西罗莫司口服溶液在美国首次上市，FDA允许它作为一种安全性较高的药物应用于临床防治肾移植排斥反应。此后1毫克片剂也已在美上市，获准与环孢素、类固醇激素联合用于肾移植患者的抗排异。之后美国FDA又批准了惠氏公司西罗莫司的新适应证，用于使用鸡尾酒疗法患者中撤除环孢素（ciclosporin）后预防肾移植排斥的维持用药。
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20世纪80年代，美国国家癌症研究中心（NCI）又发现西罗莫司有抗肿瘤作用。不过其药物动力学性能不好，所以未开发其上市。随后又发现它具有预防冠状动脉再狭窄与治疗神经退行性疾病的作用。
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20世纪90年代，发现西罗莫司以抑制细胞生长周期的方式抑制肿瘤细胞繁殖，由此发现了mTOR抑制作用。惠氏公司在西罗莫司基础上进行修饰，合成替西罗莫司（temsirolimus，CCI-779），仅用于抗肿瘤。随后诺华公司将依维莫司（everolimus，RAD001）推向市场，它既可以作为免疫抑制剂治疗肾移植和肝移植的免疫排挤反应，又可以作为抗肿瘤药治疗肾癌、乳腺癌和胰腺癌等。
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2012年，NCI列举了200多个对雷帕霉素类似物的临床研究，认为雷帕霉素类似物有不错的抗肿瘤表现，但因主要抑制细胞生长，对于复发型肿瘤效果一般。
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从土壤中发现的抗肿瘤药：蒽环类抗肿瘤药
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20世纪70—90年代，蒽环类（anthracyclines）抗肿瘤药也被发现，作用靶点都是拓扑酶Ⅱ。第一个蒽环类药物是柔红霉素（daunorubicin），但用得更多的是多柔比星（doxorubicin，商品名Adriamycin；聚乙二醇化脂质体剂型Doxil或Caelyx；非聚乙二醇化脂质体剂型Myocet），也称羟基柔红霉素（hydroxydaunorubicin，hydroxydaunomycin）是对细菌分泌物中化合物修饰得来的，属于蒽环类的抗肿瘤药物。既可以用于血液癌也可以用于固体肿瘤。本品以盐酸盐的形式静脉注射使用。
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在20世纪50年代，一家意大利药企发米他利研究实验室公司（Farmitalia Research Laboratories）开始从土壤微生物菌中筛选抗肿瘤药物。他们在一个13世纪的城堡附近的土壤样本中分离得到一株新的链霉菌（streptomyces peucetius），它可以分泌一种红色物质，可有效治疗小鼠的肿瘤。另外一个法国研究团队也得到了同样一个物质，于是他们协商，将之命名为柔红霉素（daunorubicin），其法语单词中前半部分dauni指一个罗马部落，后半部分rubis指红色。
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20世纪60年代，本品开始临床试验，发现对急性白血病和淋巴瘤效果非常好，于是很快上市。但在1967年，又发现它有心脏毒性，并可致死。虽然本品没有撤市，但发米他利公司已经开始研究它的替代品。研究人员通过N-亚硝基-N-甲基氨基甲酸酯诱导菌株变异，得到了cesius ATCC 27952菌株。该变异菌株产生了一种新的红色物质，这种物质抗肿瘤功效增加，特别是治疗固体肿瘤，虽然也存在心脏毒性，不过安全范围增加了。他们命名为Adriamycin，意指亚得里亚海Adriatic Sea，不过后来循国际惯例改为通用名多柔比星（doxorubicin）[8]，后来又有研究人员发现，对其他链霉菌进行诱导突变，也会得到生产多柔比星的菌株。多柔比星于20世纪70年代上市。
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多柔比星是第一个蒽环类药物，后来，科学工作者发现了超过2000种蒽环类化合物。到1991年，美国NCI已经筛选评估了500多个蒽环类化合物的抗肿瘤作用。多柔比星的长效制剂于1995年上市。
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虽然多柔比星上市多年，但通过合成的方法产率极低，所以必须通过细菌发酵获得，产率也不高，于是基因工程起到关键作用。
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1996年至1999年，施特罗尔（Strohl）的团队通过克隆相应的细菌基因，得到了recombinant dox A，它可以催化细菌合成多柔比星。哈钦森（Hutchinson）团队通过基因重组工程，不但使菌株多柔比星产量大增，而且使相关的副产物大为减少。而当时多柔比星达到137万美元每千克。而1999年总产量不过225千克。但价格也仅降到110万美元每千克。2011年，因为产量不足，多柔比星只能在个别患者身上使用。
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