Die Protonentherapie ist eine medizinische Behandlung, bei der ein Protonenstrahl in den Körper geschickt wird, um infiziertes Gewebe, typischerweise Krebsgewebe, zu zerstören. Es nutzt ionisierende Strahlung und einen Teilchenbeschleuniger, um den Protonenstrahl auf den Krebstumor zu richten. Dies trägt dazu bei, das benachbarte gesunde Gewebe besser zu schützen und gleichzeitig den Krebs zu zerstören, am häufigsten Krebs des Gehirns, der Augen, der Wirbelsäule, der Lunge, des Kopfes, des Halses oder der Prostata. Die Krebsbehandlung bleibt ihre Hauptanwendung im frühen 21. Jahrhundert, aber die Protonentherapie wird auch auf ihren potenziellen Nutzen bei der Behandlung von Erkrankungen wie Makuladegeneration untersucht.
Durch den Beschuss von Krebsgewebe mit Protonen zerstört die Protonentherapie die Desoxyribonukleinsäure (DNA) der Zellen. Viele Zellen haben die Fähigkeit, ihre beschädigte DNA zu reparieren. Krebszellen vermehren sich so schnell, dass sie diese Reparaturen weniger durchführen können, bevor die defekten Gene weitergegeben werden oder die beschädigten Zellen einfach absterben.
Diese Art der Partikeltherapie, die seit den 1950er Jahren als medizinische Behandlung eingesetzt wird, wird je nach Art und Lokalisation des Krebses des Patienten aus einem von zwei Gründen gegenüber anderen Strahlentherapien bevorzugt. Erstens kann aufgrund der Natur energetisierter Protonen die Protonentherapie-Strahlung in größeren Dosen verabreicht werden. Die Protonen können entsprechend ihrer Energiemenge nur eine bestimmte Strecke in den Körper gelangen. Das Senden höherer Strahlungsmengen an den Tumor funktioniert, weil die Protonen zu lokalisiert sind, um den umgebenden Zellen großen Schaden zuzufügen. Andere Strahlenarten müssen bei niedrigeren Schwellenwerten verabreicht werden, da sie nicht wie die Protonentherapie kontrolliert werden können.
Zweitens kann die Strahlung in einer normalen Dosis verabreicht werden, jedoch in einem engeren Strahl, so dass benachbarte Gewebe und Organe wahrscheinlich nicht geschädigt werden. Manchmal beunruhigt eine unzureichende Behandlungsdosis einen Arzt nicht so sehr wie das Potenzial der Behandlung, andere Zellen zu schädigen. Durch die Möglichkeit, den Strom auf einen Mikrostrahl von Protonen zu verengen, der auf einen bestimmten Bereich fokussiert ist, können Ärzte Schäden an anderen Stellen minimieren.
Es gibt verschiedene Arten der Protonentherapie, aus denen Ärzte die wirksamste für eine bestimmte Krebsart auswählen können. Jede Art der Therapie mit geladenen Teilchen funktioniert ähnlich, jedoch mit Unterschieden in den geladenen Protonen und den verwendeten injizierten Materialien. Die Bor-Neutroneneinfang-Therapie ist eine Therapie, die Anfang 2011 getestet wurde. Dabei wird Bor in den Tumor injiziert und dann mit einem Neutronenstrahl beschossen. Die Neutronen bewirken, dass sich das Boratom aufspaltet, wodurch die Zelle vollständig zerstört wird, fast ohne Auswirkungen auf benachbarte Zellen und gesundes Gewebe. Die Therapie mit schnellen Neutronen funktioniert ähnlich, verwendet jedoch anstelle von Bor injiziertes Beryllium als Ziel.