Terminata l'esperienza all'IRBM diventa direttore scientifico dell'Istituto Nazionale Tumori "Fondazione Pascale" dove continua a svolgere attività di ricerca nel campo dell'oncologia molecolare, ed in particolare focalizzandosi sullo studio dei recettori della famiglia ERB nella resistenza ai farmaci, delle cellule staminali tumorali e l'immunoterapia dei tumori; studi che prosegue come direttore scientifico dell'Istituto Nazionale Tumori "Regina Elena" concentrandosi anche sullo studio dei meccanismi alla base dello sviluppo di resistenza ai farmaci nel melanoma, delle alterazioni del metabolismo lipidico nelle cellule stamninali tumorali di polmone e l'identificazione di biomarcatori predittivi dell'efficacia dell'immunoterapia dei tumori. Qui ha instituito il Molecular Tumor Board (MTB) ovvero un comitato interdisciplinare deputato a definire le terapie oncologiche da somministrare ai pazienti secondo princìpi di terapia personalizzata e di precisione sulla base delle caratteristiche molecolari del tumore. 