缺氧是惡性腫瘤微環境的特徵之一，也是決定腫瘤預後發展的重要因素。缺氧不但可以誘導腫瘤細胞對放射線及化學藥物產生抗性，還可以促使腫瘤細胞產生生長、浸潤和轉移等生物行為。細胞內氧含量的下降會改變組織局部的酸鹼值，並透過一系列的信號傳遞，激發了對缺氧環境敏感的缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor ; HIF）的活性，再透過一連串複雜的機制，導致與缺氧相關基因的表現，誘導癌細胞對放射線及化學治療產生抗性，並促使癌細胞生長和轉移。

細胞缺氧時會誘發缺氧誘導因子-1（HIF-1）反應，並使其具備與DNA結合的特性。HIF-1可以辨識紅血球生成素（Epo）基因上游之特別DNA序列－缺氧反應元素（HRE）。當HIF-1與HRE的結合後，可以促進Epo基因的表現，而其基因產物可以改變細胞的微環境，如增加氧的供給，甚至促進血管新生，以幫助細胞抵抗缺氧所造成的損害。尚有許多其他受HIF-1調控基因，例如血管內皮細胞生長因子（VEGF）、第八號介白素（IL-8）、血小板源性生長因子（PDGF）、thrombospondin-1（TSP-1）、誘導型一氧化氮合成酶（iNOS）、adrenomedullin（ADM）等。然而在惡性腫瘤細胞中，這些基因的表現，反而會保護腫瘤細胞，甚至引發新的血管新生，使腫瘤細胞獲得氧氣及養分，進而產生惡化。

過去曾經有人嘗試以高壓氧、吸入carbogen以促進氧氣進入組織、缺氧細胞促敏感劑等方式來克服腫瘤缺氧問題，然而大多未能成功。近來有克服缺氧抗藥性的新藥物Tirapazamine產生，它在缺氧狀態時會轉變成為拓樸酶（topoisomerase）抑制劑，產生細胞毒性使癌細胞死亡。在缺氧狀態，它會造成DNA鏈的破損。研究顯示，Tirapazamine對於缺氧細胞具有極強的毒性，利用這種特殊性質，可以克服缺氧所造成的抗藥性，甚至可讓缺氧狀態成為消滅癌細胞的有利環境。

Tirapazamine單獨使用時，對癌症的治療效果並不明顯，但在合併化學/放射治療時，能顯著加強放射治療及化學藥物Cisplatin的療效。在與Cisplatin的協同研究發現，Tirapazamine能活化休眠細胞，並且抑制癌細胞DNA的修復。第二期臨床研究發現：在晚期頭頸癌及肺癌，Tirapazamine與放射治療或Cisplatin治療，有顯著協同效果，並能改善病人預後。

同步化學放射治療是治療局部晚期頭頸癌最重要的療法，而腫瘤缺氧又是化學放射治療失敗的主因，因此Tirapazamine首先就被用來做為頭頸癌同步化學放射治療時的藥物。於臨床試驗中，證實Tirapazamine可提升傳統化學放射同步治療之療效。在最近一個較大型的臨床研究中，隨機比較122名晚期頭頸癌病人，放射治療同時使用Cisplatin + Tirapazamine或Cisplatin + 傳統的5FU，顯示Tirapazamine組的3年局部控制率較高（84% vs. 66%），存活率也較好（55% vs. 44%），在Tirapazamine組對正子造影證實缺氧的腫瘤療效好很多。

除頭頸癌之外，Tirapazamine也被用於其他癌症的同步化學療法，在晚期非小細胞肺癌較小型的二期研究亦顯示，合併Cisplatin + Tirapazamine的化學治療，其療效要優於單獨的Cisplatin治療。於一項較大型的臨床研究CATAPULT I（Cisplatin and Tirapazamine in Subjects with Advanced Previously Untreated Non-Small-Cell Lung Tumors）顯示，在446名晚期肺癌病人，接受Cisplatin + Tirapazamine的化學治療，發現其療效優於單獨Cisplatin治療，包括緩解率較高（27.5% vs. 13.7%），以及中位存活時間亦較長（34.6 vs. 27.7週）。

但在另一項研究CATAPULT II研究顯示，539名晚期肺癌病人，接受Cisplatin + Tirapazamine或Cisplatin + Etoposide（VP16）的化學治療，發現Tirapazamine組反而預後較差，中位存活時間較短（26.7 vs. 31.4週，p=0.038）。另一項研究SWOG-S0003亦顯示，367名晚期肺癌病人，接受單獨使用Paclitaxel + Carboplatin 或合併Tirapazamine的化學治療，療效與病患的存活時間差不多，但使用Tirapazamine組副作用增加，包括肌肉痙攣、暫時性聽力喪失、倦怠、骨髓抑制、血壓下降等。

綜合目前的研究結果，顯示Tirapazamine與Cisplatin並用，可以產生有效的協同效果。用在晚期頭頸部癌的同步化放療，或晚期非小細胞肺癌的病患，均比單用Cisplatin有效。但與其他組合藥物的協同效果，在晚期非小細胞肺癌的結果並不一致，如何才能增進其缺氧協同效果，仍待進一步研究。癌症治療因為分子生物學的進步，以及對於為腫瘤微環境的研究更加透徹，治療模式將會針對病患目前處在的生理環境，設計給予相對應的治療方法。