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威廉·斯图尔德·霍尔斯特德（William Stewart Halsted）（1852-1922），约翰·霍普金斯大学的外科学教授，是新型麻醉手术的早期倡导者。他强调在手术过程中要实行严格无菌技术，并于十九世纪八十年代开始采用“根治性乳房切除术”（radical mastectomy）来治疗乳腺癌。根治性乳房切除术是一种通过切除胸部肌肉（包括胸大肌）下方的乳腺组织和腋下淋巴结来治疗乳腺癌的手术疗法。霍尔斯特德相信，如果切除部位深入到胸腔，他可以将癌症的残余组织清理干净，从而降低复发的风险。但存在一个概念性错误。乳腺癌的变化是不可预料的。手术时，有些女性的肿瘤仅局限在乳房范围之内，而在其他女性身上，肿瘤已经扩散到乳房之外，转移到其他器官。即使是根治性乳房切除术也不能挽救癌症已经转移的妇女。这种手术会造成的身体变形是永久性的。除非在极端的情况下，医生已不再实行这类手术了。
霍尔斯特德对可卡因上瘾，后来又对吗啡上瘾，这在当时都是不合法的。他的药瘾最初是由于他拿自己做实验，亲身检测可卡因和吗啡作为手术麻醉剂的药效而导致的。
1895年，德国物理学教授威廉康·拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen）（1845-1923）在做电子管实验时发现了一种放射能量泄露的现象。该放射线肉眼无法看见但能量强劲，能够穿透多层硬纸板，并且在房间的钡屏上留下白色的光晕。伦琴把它叫作“X射线”。
就在伦琴发现X射线的几个月后，科学家们发现一些天然物质比如铀会自主释放性质类似X射线的隐形射线。1902年，皮埃尔和玛丽·居里夫妇（Pierre and Marie Curie）发现了一种能释放高强度X射线的新元素。居里夫人把这种元素称为“镭”（radium）。
X射线的一种特性是能够杀死人体内的细胞。1896年，21岁的芝加哥医学院学生埃米尔·格拉比（Emil Grubbe）利用X射线的这种特性来治疗一位患有乳腺癌的老年女性患者。他连续18天用射线照射她的肿瘤。治疗取得了成功——患者的乳腺肿瘤发生溃烂和紧缩。受到这起成功病例的鼓舞，格拉比继续利用X射线去治疗原位肿瘤的患者，开创了肿瘤医学的一个新分支——放射肿瘤学。
和外科手术一样，放射疗法对于原位肿瘤有显著疗效，对于转移后的肿瘤则治疗效果有限。但是，辐射也会致癌。不同的人体细胞或组织对于辐射量的耐受度不同。辐射的最大剂量要取决于接受治疗的身体部位。居里夫人由于数十年暴露于X射线之下，最终因白血病去世。格拉比死于扩散至全身的多种癌症。
系统性的疾病需要系统性的治疗。是否有一种药物，可以在消灭癌细胞的同时使正常的细胞组织免受伤害？化学世界中充满了各种有毒物质。面临的挑战是要找到一种毒药，既能杀死癌细胞，又不伤害患者性命。
1856年，伦敦的一名18岁学生威廉·珀金（William Perkin）无意中发现了一种廉价的化学染料，可以简单合成。珀金把它称作苯胺紫（aniline mauve）。珀金的发现为纺织业带来了福音，因为苯胺紫比植物染料容易生产和保存。珀金还发现它的母体化合物可以用作其他染料的基础材料，可产生一系列鲜艳的色彩。十九世纪六十年代，珀金合成的这些五颜六色的新型染料遍布欧洲的纺织品工厂。
德国化学家迅速合成出他们自己的染料，期望在欧洲纺织品市场一展身手。他们不仅合成出染料和溶剂，还开始向整个新型分子领域进军，开发包括酚、溴化物、酒精、酰胺等自然界没有的化学物质。
1878年，德国一位24岁的医学院学生保罗·埃尔利希（Paul Ehrlich）做了一个实验，用化学染料给动物组织染色。他发现，染料似乎可以区分藏在细胞中的化学物质，只对其中一部分染色，而忽略了其他部分。1882年埃尔利希同罗伯特·科赫一起工作并发现了另一种新型化学染料，可以从细菌混合物中提取出某一类特定细菌进行染色。十九世纪八十年代后期，埃尔利希发现，如果往动物体内注入某种毒素，可以产生“抗毒素”，它以超常的特异性结合毒素使其失去毒性。
埃尔利希认为，如果生物学是一场化学物质的混搭游戏，要是有些化学物质能够区分细菌细胞和动物细胞，并且能够杀死前者而不伤及后者，岂不是很好？这种想法促使他不断去猎寻这种强力抗菌的化学物质。
试验了几百种化学品后，他找到了一种染料衍生物，可作为感染了弓形锥虫（Trypanosoma gondii）（一种寄生虫）的老鼠和兔子的抗菌药物。他按其颜色把这种化学品称为“锥虫红”。1910年，他的实验室开发出“化合物626”，他称之为“赛佛尔散”（Salvarsan），第一种可有效治疗梅毒的药物。
埃尔利希在锥虫红和赛佛尔散方面的成功证明了化学品确实可用来治疗特异性疾病。他把这些化学品称为“神奇的子弹”——因为它们特异性的杀菌能力。
从1904到1908年间，他试图利用他庞大的化学品库开发出一种抗癌药物。但无一奏效。他发现，对癌症有毒害作用的物质，也会毒害正常细胞，因为癌症细胞和正常细胞过于相似，这些物质根本无法识别。
埃尔利希于1915年去世，时年61岁。他去世两年后，德国在与比利时的伊普尔之战中利用芥子气（mustard gas）作为化学武器，当晚杀死了2000名士兵。病理学家发现，幸存者的造血细胞已经干瘪，骨髓已经明显地衰竭了。