由於其組織性差，血管網絡效率低，許多腫瘤的營養和氧氣供應不足。這導致腫瘤某些部位氧水平低甚至極低(缺氧)，對放化療有抵抗力。缺氧細胞抗化療的主要原因之一是它們遠離血管，許多抗癌藥物難以實現。
此外，如果藥物血管外的輸送途徑受阻，即使是離血管不遠的腫瘤細胞也可能在化療期間倖免於難。顯然，這些現象會對腫瘤治療的預後產生負面影響。最近，新西蘭奧克蘭大學和加拿大多倫多化學新技術開發公司的研究人員FrederikBPruijn與RobertSDeWitte聯合在"發現當代藥物"(CurrentDrugDisco-very)本雜誌撰文介紹了改善腫瘤藥物輸送實用途徑的研究進展。他們指出，通常很難確定腫瘤組織中的藥物濃度，特別是在小規模和分析（腫瘤血管之間的距離大多爲100~150微米），因此有必要開發和改進抗腫瘤藥物輸送的理論和實驗模型。構建多細胞層模型多細胞層(MCL)模型是模擬血管外腫瘤區室試管內實驗模型。
MCLs爲了達到組織樣細胞的密度，腫瘤細胞生長在塗有膠原質的特氟隆支撐膜上。這些結構依賴於生長條件，擴散有限，最終表現出類似於真實腫瘤的中央組織缺氧甚至壞死。許多人類癌細胞被用作癌細胞MCLs異種移植物在實驗鼠體內生長良好。可通過測定彌散室中藥物濃度來獲得MCL的彌散係數(DMCL)。爲此，研究人員需要通過組織學(冷凍或石蠟切片)、流量標記和電阻抗光譜進行檢測MCL的厚度。
常用於確定電阻抗光譜Caco-2單層完整性(透上皮電阻抗TEER表示)。然而，許多人類癌細胞株分化不良，無法形成緻密連接，因此TEER低。應用流量標記(如14)C尿素或3H確定甘露醇)MCL另一種簡單的方法是厚度和流量實驗的完整性。流量標記的彌散只需要MCL一次性校準厚度(如組織學測定等直接方法)，獲得標記的彌散係數。在隨後的流量實驗中，可以從流量標記的彌散逆向獲得MCL的厚度值。結合藥動學/藥效學(PK/PD)在模型中，已知(或預期)的血漿通過測定這種彌散參數PK可建立腫瘤內空間分析的藥物濃度PK模型。
如果還知道PD(即腫瘤細胞殺傷)中藥濃度與時間的關係，可以結合起來PK/PD在模型中，預測系統會殺死腫瘤中的細胞。在這種模型中，組織彌散係數(直接來自DMCL)成爲至關重要的參數。開展腫瘤滲透基礎研究MCLs中的Caco-單層相似，藥物彌散有兩種方式：
透細胞和旁細胞。透細胞適用於可以通過細胞膜的藥物。相反，不易通過細胞膜的藥物只能通過旁細胞在細胞之間擴散。一般來說，由於容易進入的表面積較大，經透細胞途徑的擴散速度相當快，而旁細胞途徑可能更曲折，因此擴散路線較長。從藥物設計和開發的角度來看，知道哪些化合物可以通過哪種方式和範圍來擴散是很重要的。換句話說，人們必須知道化學結構和DMCL關係，以及DMCL與化合物分子量、疏水性(親油性)和氫結合力的複雜關係。在上述理化參數中，分子量和氫結合力可能與化學結構直接相關。但中性化合物藥物的親油性通常用辛醇描述:水分隔係數(P)或logP。
對於電解質，更適合考慮logD(7.4)考慮中性和一切pH=7.4分佈係數的離子形式區分。研究人員可以同時考慮酸、鹼和中性。logP很容易用實驗方法來確定，logD(7.4)從結構上計算(預測)可以使用多種操作規則。顯然，化學合成前的性能計算，logD(7.4)計算機的確定性遠優於實驗方法，因此化學結構的設計可能會發生特殊變化。因此，精確計算也可以使用logD該軟件直接預測化合物結構DMCL。根據許多已知抗腫瘤藥物的計算值，可分爲logDMCL低值組和高值組。從每組中可以看出，每個分子物理參數的獲得值發生了很大的變化。
然而，如果評估其隨後的簡單表達，化合物可以可靠地分爲高腫瘤滲透性和低腫瘤滲透性。需要注意的是，上述因素僅與遊離(未結合)藥物在給定血漿(遊離)藥物濃度時被動擴散到腫瘤組織有關。顯然，所討論的分子物理特性在不同的血漿水平中也起着至關重要的作用。對於口服劑型，其尺寸、含量、親脂性和氫的結合特性在溶解性、滲透性和血漿蛋白的結合中起着重要作用，可能對第一次清除酶和/或運輸的底物特異性產生重要影響。常見的經驗是，親脂性對這些終點有相反的影響：它改善滲透性（在一定程度上），提高腫瘤滲透性，但阻礙溶解性，增加蛋白質結合。
此外，許多抗癌藥物也在血管外腫瘤區域代謝，顯示組織結合和螯合作用，並可作爲特殊運輸的基礎。因此，已經確定和描述的人類細胞株的過程可以在實驗室中進行廣泛的識別和定量檢測。爲了達到適當的血藥濃度，先導化合物優化計劃不僅要注意這些因素，還要注意這些因素DMCL爲了提高腫瘤細胞的功效，減少這些製劑對健康正常細胞的損傷。例如，雷替曲塞(raltitrexed)是一種低logD(7.4)許多葉酸類似物給予體、受體和聚合物量。根據上述探索方案，將低分類化合物轉化爲高分類化合物的唯一途徑是去除兩個羧酸基，修改後的化合物不再屬於葉酸類似物。提高抗腫瘤藥物輸送效率模型的應用，可促進先導化合物鑑定：
這樣，如果先導化合物不能接近釋放"高分"物理特性和適當的效果可能不合適；可以優化先導化合物：早期實驗包括logDMCL支持系統，對於項目組協同優化藥物動力學(即血液水平)和腫瘤滲透性至關重要；如果母體化合物在試管中表現出活性，可以進行靶向選擇logDMCL具有相徵相同，可能很難開發具有高腫瘤滲透性的候選藥物。
