通过日美共同研究，确信“能开发出治疗药物”

2000年，京都大学与美国遗传学研究所等机构联合开展研究，相继发现了能与PD-1进行特异性结合的物质（配体）：PD-L1和PD-L2。癌细胞表面有PD-L1，其与免疫细胞的PD-1受体相结合的话，免疫细胞的反应就会被抑制，从而失去攻击癌细胞的能力。通过抗PD-1抗体阻止上述结合，就能消除对免疫细胞反应的抑制，免疫细胞就有可能再次攻击癌。

本庶研究室进行了动物实验，就像期待的那样，结果显示那些被投用了抗PD-1抗体的小白鼠，抗癌能力显著增强。2002年，本庶研究室发表了相关论文。另外，关于对移植的癌症转移的抑制作用，也通过各种实验补充了数据。

同时他们开始探索商用化的途径，但由于当时的京都大学申请专利经验不足，本庶佑邀请与其老师早有交往的小野药品工业公司联合申请专利。2002年，他们递交了将PD-1用于免疫治疗用途专利的临时申请案。

本庶佑坚信，抗PD-1抗体能成为治癌药物，他向很多制药企业提议开发新药。但在早期，包括小野药品工业公司在内，对于癌症免疫疗法都持怀疑态度，所以一直没能得到积极的回应。本庶佑看到在日本国内基本没戏，于是转而寻求与美国的风险投资企业合作，美方反应十分积极。本庶把这一情况告知了小野药品工业公司，小野药品终于在最后关头答应了自己来开发新药。事实上，美国的生物技术企业Medarex公司，拥有制造人类抗体的专利，曾和小野药品工业公司接触，希望能将PD-1抗体推向临床应用。这是小野药品工业公司最后改变想法的根本原因。

2006年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准，Nivolumab作为人类PD-1抗体，可作为研究用途的新药，同年在美国开展临床试验。2009年，美国制药巨头百时美施贵宝公司，以24亿美元的价格收购了Medarex公司，新药研发进一步加速。