本发明提供了一种药物组合物，所述药物组合物含有基于血红蛋白的氧载体以治疗癌症、预防癌性肿瘤的复发和转移。所述组合物可以被单独使用或与至少一种化学治疗剂组合使用，所述化学治疗剂诸如5FU、硼替佐米(Bortezomib)、多柔比星(doxorubicin)、顺铂(cisplatin)或其任何组合。所述组合物中的所述基于血红蛋白的氧载体能够靶向癌细胞上表达的表面受体并且促进基于血红蛋白的氧载体和所述化学治疗剂这两者经由受体介导的机制被所述癌细胞摄取。所述基于血红蛋白的氧载体抑制诸如HIF1α、VEGF、ET1、VHL等的缺氧反应元件表达。本发明的药物组合物还可用于诱导位于癌性肿瘤的缺氧微环境中的一种类型的被称作癌症干细胞的自我更新和肿瘤起始细胞发生细胞凋亡或细胞死亡。