克服肿瘤抗药性的一种方法是使用联合化疗，就是给病人使用几种化疗药物。其道理是，虽然许多癌可能对联合化疗中的一种或两种药物有抗药性，但作为具体某个癌细胞则不大可能对联合化疗中的所有药物都有抗药性。因此，理论上联合使用几种化疗药物可以杀死肿瘤中的所有癌细胞。
在对多种药物产生抗药性的情况下，重要的是要选择一组药物，以便癌细胞不能对联合化疗中的所有药物都产生抗药性。联合化疗的另一优点是可以使用几种对正常细胞没有交叉毒性的药物，就是说它们的毒性作用不是针对同一种正常的细胞，一个例子就是阿霉素与长春新碱联合使用，前者主要对骨髓造血细胞有毒性，而后者对骨髓细胞毒性很小。这样的联合化疗能使每种药物用到最大剂量，达到最大的抗癌效果，然而又不使病人遭受太大的毒性作用。
近十几年来，联合化疗在癌的治疗方面已取得了很大的成就。使用单药物化疗仅仅对治疗伯吉特氏淋巴瘤(使用环磷酰胺)以及绒毛膜癌(使用氨甲喋呤)有一定的疗效。但联合化疗在治疗几种其它的癌包括急性淋巴细胞白血病、何杰金氏病、非何杰金氏淋巴瘤以及睾丸癌等都取得了很大的成效。例如，使用顺铂、博莱霉素以及VP-16治疗睾丸癌已经取得了很好的效果。但遗憾的是，化疗至今对大多数常见的成人癌如肺癌、胃癌、肝癌、及乳腺癌等的治疗效果仍然有限。
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