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一些不同類型的化療藥物有烷基化劑、抗代謝藥和植物生物堿。醫生也可以用蒽環類藥物治療各種癌癥。所有化療藥物都有一個目標：殺死癌細胞。為此，這些藥物大多針對細胞的分裂能力，這一過程被稱為有絲分裂，癌細胞不受控制地進行。細胞分裂越快，化療藥物就越有可能靶向它，這就解釋了為什么正常情況下快速分裂的細胞，如在毛囊中發現的細胞，也可能受到影響。

在某些情況下，腫瘤學家可能會開蒽環類藥物來對抗各種癌癥。有絲分裂的細胞必須首先復制其脫氧核糖核酸（DNA），然后再分離成兩個完全相同的子細胞。許多化學藥物都會改變或破壞細胞的DNA，因為如果DNA被改變或損壞到一定程度，細胞將經歷細胞程序性死亡，一種叫做細胞凋亡的過程。每種化療藥物都可能以不同的方式來實現這個目標。例如，蒽環類藥物通過插入或插入來發揮作用，在DNA雙螺旋的核苷酸中，也會引起自由基損傷。這會中斷DNA自我復制的能力，并在細胞內引起突變。

全身化療的一個問題是這些藥物不能區分好的、中性的和壞的細胞，并可能導致細胞死亡在健康細胞攻擊癌細胞時，一種烷基化劑，另一種化療化學物質，通過與DNA結合并改變DNA來破壞細胞分裂。它是通過使用電負性來實現的，電負性是一個用來描述細胞吸引電子的欲望的術語當DNA與烷基化劑結合時，會破壞細胞正常分裂的能力，從而導致細胞凋亡。由于這種化學藥物可以在細胞生命周期的各個環節發揮作用，因此被稱為非細胞周期特異性藥物。這種藥物可用于治療多種癌癥，但由于它破壞DNA，也可能導致某些類型的白血病的發生。植物生物堿是從植物源中提取的化學藥物。有兩種植物生物堿是抗微管藥物和拓撲異構酶抑制劑。抗微管藥物通過抑制微管，一種小的紡錘狀結構，有助于將兩個子細胞分開。拓撲異構酶抑制劑破壞DNA自我修復的能力。這些藥物是細胞周期特異性的，只作用于生命周期中處于某一階段的細胞。另一種化療化學物質，抗代謝藥，可以阻止細胞有不同類型的抗代謝藥，每一種都會破壞特定物質的代謝。例如葉酸拮抗劑，會破壞細胞吸收葉酸的能力，葉酸是DNA合成所必需的物質。同樣，嘌呤拮抗劑破壞了細胞吸收嘌呤的能力，嘌呤是DNA的組成部分。如果細胞中沒有合適的物質，細胞就無法分裂。

白血病患者的正常血液和血液的圖表，有時用化療治療。