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自1982年起，癌症即高居國人十大死因之首。罹患癌症人數更是逐年攀升，不僅嚴重威脅國人健康，對家庭、社會、乃至國家影響甚鉅。而且我國的腫瘤疾病種類和歐美其他先進國家相異，例如肝癌、鼻咽癌、子宮頸癌、胃癌等，都是國內發生率特別高的惡性腫瘤疾病。癌症儼然已成為台灣當前所面臨之重要醫藥衛生課題。
癌症研究所是國衛院最早成立的研究組，至今已有10餘年歷史，針對國內常見腫瘤疾病之預防、診斷及治療等重大課題，從事提昇國人健康福祉之基礎與臨床研究。主要執行方式乃在國內重要臨床醫學中心建立新穎、有整體性之臨床研究病房及實驗室，從事癌症相關研究。
在癌症研究組隸屬中央研究院生物醫學科學研究所時期，即於1987年開辦「內科腫瘤專科醫師訓練計畫」，進而促進1989年台灣癌症臨床研究合作組織」（簡稱TCOG）的設立；並接受衛生署委託執行「臨床醫學研究計畫」，初期分別於1991年9月和1993年與台北榮總合作，設置「癌症合作病房」和「癌症實驗室」，至1994年「臨床醫學研究計畫」與「專科醫師訓練計畫」併入國衛院籌備處繼續運作，並於1995年9月和1997年與台大醫院合作設置合作病房和實驗室，1996年國衛院設立時癌症研究組始正式成立。2002年8月與國防醫學院及三軍總醫院共同簽約成立「癌症研究中心」，台大與北榮實驗室則於2004年7月整併至國防醫學院之癌症研究中心繼續基礎研究，至2007年8月實驗室搬遷至本院竹南院區，部分實驗室則隨臨床研究移至南部國家癌症中心。2006年1月與三軍總醫院開辦合作病房，並於2007年8月與成大醫院合作設立合作病房－「南部國家癌症中心」；北部合作病房則於2008年1月整併至南部國家癌症中心繼續執行癌症臨床研究。
癌症研究組成立以來，已累積多項重大成果，大大的提昇國內癌症研究水準。在2000 ~ 2004年間，研究人員論文發表篇數高達270篇，申請中華民國及亞歐美各國專利有22件。基於本組在臨床和基礎研究已累積豐碩且突出的研究成果，獲得國內學術研究界的認同，且有足夠的資深研究人員，足以擔負本組之研究與發展方向的主要決策責任，未來並將擔負國家賦予成立「國家癌症研究中心」之重任，於2005年11月經國衛院第四屆董事會同意改制為研究所，並於2006年1月1日正式成立。本所持續發表研究成果論文，至2009年2月已發表460篇。
癌症研究所設立的使命，將整合國內研究資源，釐定現階段癌症防治的優先順序，執行並整合台灣本土重要癌症之基礎、臨床及預防保健政策的研究。其研究目的在配合國家衛生政策的推動，以減少癌症的發生率及死亡率，照顧弱勢族群，提昇國人的健康。
本所基礎與臨床醫學研究並重，相輔相成，用不同角度及研究方法，對國內外重要癌症做深入探討，以期對癌症之診斷、治療、預防之方法及技能，有所進展及充實突破。研究工作共分五部分：癌症臨床研究、癌症基礎研究、癌症預防研究、台灣癌症臨床研究合作組織、專科人才訓練計畫。針對國人好發的腫瘤，從癌症分子遺傳病變、病毒致癌機轉、及癌症惡化轉移過程等層面，進行癌症基礎研究；此外，亦聚焦於轉譯醫學研究，積極研發新穎藥物，並解決癌症藥物產生之抗藥性問題。透過台灣癌症臨床研究合作組織 (TCOG) 與合作病房之臨床試驗，開創新的診斷模式與治療方法來防治癌症，並與國內醫療院所合作建立癌症診療共識。整體組織設計期望藉由實驗室到病患的全階段研究，亦即將實驗室之研究成果應用到臨床試驗之轉譯醫學研究，建立良好之早期臨床試驗及大型多中心臨床試驗之垂直整合架構。
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- 「癌症臨床研究組」－研究病房原分置於台北榮總、台大醫院及三軍總醫院。台大合作病房於2006年7月暫告一段落，目前僅保留門診業務；2007年8月及12月與三軍總醫院和台北榮總的合作病房亦結束合作關係；本所整個臨床試驗計畫重心移往南部，與成大醫院合作成立研究病房與實驗室－南部國家癌症中心。
- 「癌症基礎研究組」－設立實驗性治療研究群、腫瘤免疫研究群、病毒腫瘤研究群、分子與細胞腫瘤研究群。
- 「癌症預防研究組」－下設癌症統計與流行病學研究群、癌症預防研究群。
- 「台灣癌症臨床研究合作組織 (TCOG)」－為國內成功整合院際合作的臨床試驗組織，長期致力於推動執行與監督多中心癌症臨床試驗，近二十家教學醫院參與合作臨床試驗，其會員醫院涵蓋國內75%的癌症病患，對國內癌症治療的研究，貢獻良多。並建立台灣常見癌症之診療共識與臨床指引，教育民眾對癌症診治的認識、提供癌症病患及其家屬遵行之道，以利與醫師密切合作，其最終目的就是提昇癌症醫療品質。TCOG亦承接衛生署委辦相關專案計畫－癌症診療品質認證作業計畫、國家臨床試驗研究網絡，負責專案計畫之執行與推動。
- 「專科人才訓練計畫」－為提昇國內癌症專科醫師水準，本所更持續辦理各項人才培育計畫，如：內科、外科、婦科、放射等腫瘤專科、腫瘤研究護士等訓練計畫，對訓練並培養國內癌症臨床研究及治療之專門人才也不遺餘力。
本所主要任務為：
- 從事臨床試驗，以發現適用於國人常見癌症的新藥劑及新治療方法。
- 針對國內常見癌症如肝癌和女性肺癌組成跨組、跨院際研究團隊以期找到新穎療法。
- 運用最新的生物醫學科學方法與尖端科技，從事國人之癌症研究及醫療照顧。
- 建立院際合作醫療網及癌症預防及診治共識，推展協調多中心臨床試驗。
- 培養及訓練癌症醫學基礎與臨床研究人才。
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