放射疗法在癌症治疗中起关键作用。事实上大约一半的患者会在患病期间的某个时间点接受转诊。治疗用途的电离辐射已经通过直接消除所有的癌细胞，同时最小化毒性邻近组织的目标在很大程度上引导。如今在辐射递送技术的进步包括图像引导和粒子治疗，已经显着改善了肿瘤剂量的构象因此降低了剂量器官高危。然而由于正常组织的耐受性一些放射抗性肿瘤，接近敏感结构的肿瘤例如中枢神经系统和儿科癌症的治疗仍然受到损害。然而生物学知识的不断发展的财富允许寻求新的方法。实际上传统放射疗法的中心法则即辐射的细胞毒性作用主要是由于脱氧核糖核酸双链断裂的产生，随后是某种形式的细胞死亡正在被放弃。这个模式的转变是由最近的细胞信号的重要性的证据碎片导致和血管的作用，基质细胞和免疫学变化通过在治疗结果的辐射引起。影响那些“非靶向”开始被考虑到辐射的生物反应效果作为目标本身以改善治疗指数在放射疗法。沿着这条线不同的空间分布，例如在微束的利用率放射疗法，似乎从激活那些当通过电离辐射直接损伤发生涉及不同的生物学机制。有免疫系统的活化的指示和细胞信号传导的影响。另一名球员似乎是对肿瘤与正常脉管系统的优先影响。正常组织似乎离所谓的微观组织迅速修复效应中受益的导致血管损伤的快速修复。相反肿瘤表现为毛细血管剥脱，伴有渗透性的短暂增加和肿瘤血管数量的减少。利用率放射疗法使用剂量和亚毫米级字段大小的空间分离的组合：照射通过使用间隔的平行薄光束阵列进行。利用率放射疗法中的剂量分布由峰和谷组成与标准放射疗法中的扁平轮廓相反。低能量的射线利用率放射疗法特别是增加在动物实验中的正常组织电阻，而延缓肿瘤生长。然而需要使用短穿透性千伏梁以保持山峰和山谷模式以及缺乏基于医院的设施目前限制了未来几年可能的患者治疗。为了从利用率放射疗法的益处中获益，研究人员最近提出探索质子治疗的协同作用和剂量的空间分次。这种新颖的治疗方法称为质子微球辐射疗法。与射线利用率放射疗法相比，利用率放射疗法具有多项优势。首先在布拉格峰后可忽略不计的剂量沉积在正常组织中进一步降低了二次效应。此外质子的多库仑散射允许在肿瘤中获得均匀的剂量分布仅有一个质子微球阵列。这与射线利用率放射疗法形成对比，其中需要使用两个正交阵列，导致更复杂且容易出错的辐射几何形状。此外最近的研究证明了质子不同生物学特性。
　　研究人员于在奥赛质子治疗中心实施了这项技术。与研究人员的第一次实施同时确认了该技术在物理可行性。德国研究小组于发表了第一项报告，该研究报告了使用质子的质子微球辐射疗法后小鼠耳朵的副作用减少即使射束能量与临床无关，这项工作提供了这种方法的优点的另一个指示研究人员最近证明，这项技术显着增加了正常大鼠脑的耐受剂量。在第一个实验中照射两组正常大鼠的全脑：第一组接受无缝质子照射高剂量，第二组接受质子微球辐射疗法照射跟踪动物机个月。用常规质子照射处理的大鼠表现出严重的湿润脱屑和大量脑损伤。相反在质子微球辐射疗法组未观察到显着损伤。在具有良好肿瘤控制率但伴有实质性副作用的情况下该发现可以改善治疗指数。它还为更有效的抗放射性肿瘤治疗打开了大门例如高级别胶质瘤，仍然是临床肿瘤学中最具挑战性的病例之一。该工作的目的是首先评估质子微球辐射疗法在治疗具有高度空间调节剂量分布的神经胶质瘤中提供的治疗指数的增益。采用多点照明黄铜准直器并且位于距离大鼠皮肤。水模型中实验剂量测定的更多细节可以在其他地方找到。因此肿瘤的大面积接受低剂量。将薄膜横向放置在大鼠头部的两侧光束入射和出射并附着在皮肤上可以评估照射质量。由于这项工作的目的是评估质子微球辐射疗法中治疗窗口的扩大因此进行了两组不同的实验。第一个目的是评估肿瘤控制效果，因此照射荷瘤大鼠并与对照进行比较。第二个是对正常组织毒性的长期评估，因此照射正常大鼠未注射任何载体。考虑四组动物：对照组携带肿瘤的大鼠未照射的一组荷瘤大鼠，在深度接受质子微球辐射疗法值剂量，植入后进行照射。没有进行与传统的比较，因为这样的高平均剂量是不能容忍。接受质子微球辐射疗法的第三组正常大鼠，其具有与组相同的剂量和构型，第二对照组的正常大鼠所有剂量均以一个部分递送，以避免由于定位误差导致的迷你模式的任何可能模糊的分数。在所有四组动物中考虑在照射时几周龄的大鼠。这符合绝大多数大鼠研究中使用的年龄范围。其原因是植入后肿瘤的成功发展的发病率大大优于比在较大的年龄，可能是在年轻的年龄与一个欠发达的免疫系统。据研究人员所知，如果使用老年大鼠，没有数据能够推断肿瘤对治疗的反应会有何不同。此外这个年龄也可以方便地评估长期发育大脑的副作用。为了更准确地评估大鼠脑内的剂量分布，采用蒙特卡罗模拟。对整个质子束线和照射设置进行建模。在一只代表性大鼠的计算机断层摄影图像中计算剂量分布，其中体素刻划尺寸分别在垂直，说明了如何用高度异质的剂量分布照射肿瘤。它显示了大鼠头部内的剂量分布的二维和肿瘤预期位置的侧向剂量分布。
　　 对照的平均存活时间是多天，而照射的荷瘤动物的平均存活时间是多天。两只受照射的动物在整个研究期间存活然后进行检查。组织学证实了这两种长期存活的肿瘤消毒。应该强调的是，即使在一个部分中沉积高度异质的剂量分布，也可以实现肿瘤根除。相反标准放射疗法使用靶的均匀剂量覆盖，目的是在每个肿瘤细胞中沉积致死剂量。处方剂量大多数以几个部分沉积。未受照射的荷瘤大鼠在处死时显示出大的神经胶质瘤有时伴有肿瘤周围的外周坏死和小胶质细胞的增生活化以及外周。由于肿瘤生长症状在照射后机个月之前必须处死的质子微球辐射疗法照射的大鼠在肿瘤和周围的脑组织中呈现非常大的神经胶质瘤和多灶性坏死灶与小神经胶质细胞的活化增生相关。在脑肿瘤和脑转移中，小胶质细胞和巨噬细胞被招募在肿瘤块内或附近。一些研究表明它们可能在脑肿瘤进展中发挥重要作用。在磁共振成像分析中没有可见的病变，并且在组织学评估中几乎没有检测到病变除小神经胶质细胞和星形胶质细胞激活和神经纤维矿化的罕见病灶外。未观察到坏死神经毡破坏或星形胶质细胞增生。人多形性胶质母细胞瘤是最具侵袭性的肿瘤之一，从诊断时起中位生存期为几个月。胶质瘤的金标准管理肿瘤切除术后放疗和化疗由于高复发率，总体耐药性和破坏性副作用其疗效有限。因此寻找替代的有效解决方案至关重要。这项工作是质子微球辐射疗法在治疗具有非常不均匀剂量分布的高级别胶质瘤中提供的治疗指数增加的第一次评估。大面积的肿瘤接受非致死剂量。没有进行与传统的比较，因为这样的高平均剂量是不能容忍。在研究人员以前的工作中在常规质子治疗中接受大鼠组中观察到严重损伤包括放射性坏死。这些结果与使用射线一些其他研究一致。据研究人员所知质子治疗中常规时间分割方案对大脑影响的体内临床前评估与之比较。其中一个主要原因是每天不可能使用临床质子束线的几个小时的射束时间。实验质子束线的可用性将使其可行。然而在脑部患者中，在质子治疗中使用常规的几种分数方案治疗，诱导的放射性坏死的百分比很高并且在儿科患者中可以达到。质子微球辐射疗法在携带神经胶质瘤的大鼠中显示出非常显着的肿瘤控制效果，同时也实现了无肿瘤的长期存活。并且如果没有一些实质性的副作用如放射性坏死，这将已经观察到与标准已经在较低剂量，从而打开了更积极的照射方案的可能性。将进行关于神经发生完整性的进一步评估和用于丢弃任何认知障碍的行为测试。照射参数的优化例如光束间隔或剂量，可以进一步增加质子微球辐射疗法中的细胞数量。
　　 是在与在微束放射治疗非常不均匀剂量分布处理胶质肉瘤大鼠轴承也得到长期存活。由于使用了不同的细胞系，因此不可能与该研究直接比较。然而这项工作表明使用比微束放射治疗低剂量的质子微球辐射疗法可以获得类似的结果。在微束放射治疗中需要的峰值，平均剂量以获得显着的肿瘤控制。使用超毫米微型球的事实消除了对非常高剂量率的需要，以避免微束放射治疗心脏同步脉动的光束模糊。此外当使用厚光束时实施和剂量测定在技术上更容易并且更不容易出错。最后与微束放射治疗相比研究人员在质子微球辐射疗法中的研究直接在临床中心进行，这使得转移到潜在的临床试验是直接的。值得注意的是肿瘤控制和肿瘤消毒是通过在一个部分中的这种不均匀剂量分布实现的。相反放射疗法的经典范例需要在每个肿瘤细胞中沉积致死剂量用于肿瘤消融。剂量通常以几个部分递送以降低正常组织毒性并有利于肿瘤再氧合。研究人员用这种不同剂量递送来解释研究人员结果的假设是一些非靶向效应的参与。事实上在一个级分中使用非常高剂量的辐射时间的方案已被报道变换从而产生强烈的细胞的肿瘤免疫抑制肿瘤微环境渗透。的细胞信号作用参与的一些提示已报道在其他空间分馏技术。另一种可能的球员看起来似乎是在肿瘤与正常血管的优惠效果。对所有这些现象可能参与的调查需要采取综合办法，这不属于这项工作的范围。对正常大鼠的研究证实了毫米微型纤维具有显着的组织保留效果和相对较低。这些结果对潜在的临床试验具有重要意义，因为它为将来使用笔形束扫描系统打开了大门。在照射的正常大鼠中观察到的肿瘤控制有效性和降低的神经毒性的显着增加证实了治疗窗口的扩大。此外大面积甚至全脑可以照射而没有明显副作用的事实可以克服在胶质瘤治疗中面临的主要困难之一：其浸润性质。治疗恶性胶质瘤患者的关键问题之一是，最后这项研究的结果表明，质子微球辐射疗法可以提供一种使用质子进行治疗的完全创新和有前景的方法。此外不需要均匀覆盖靶以实现肿瘤控制以及周围正常组织中的毒性降低，这降低了定位和弹道学精确度方面的要求。这可以优化患者的工作流程从而降低质子治疗成本。