Fue director del Departamento de Oncología en el Instituto Nacional del Cáncer en Bethesda (Maryland) y al volver a España fue nombrado director de Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas CNIO, consiguiendo en poco tiempo que fuera centro de excelencia, uno de los 15 mejores del mundo en investigación.
Barbacid comenzó estudiando el sarcoma de los gatos y más tarde, investigando una linea celular de carcinoma de vejiga T24, consiguió clonar el gen y aislar el oncogén H-RAS, responsable del carcinoma de vejiga humano describiendo su mecanismo de activación, lo que supuso un avance decisivo en el conocimiento de la Oncología Molecular.
En la actualidad se dedica a la búsqueda de dianas terapéuticas para el tratamiento de los tumores pancreáticos y pulmonares.
Entre los premios recibidos por su aportación al conocimiento de las bases moleculares del cáncer destacan el Premio Rey Juan Carlos I, el Premio Lección conmemorativa Jiménez Díaz, la Gran Cruz de la Orden del Dos de Mayo y la Medalla Echegaray.
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