Terapia protonowa to zabieg medyczny, który wysyła wiązkę protonów do organizmu w celu zniszczenia zakażonej tkanki, zwykle tkanki rakowej. Wykorzystuje promieniowanie jonizujące i akcelerator cząstek, aby skierować wiązkę protonów na guz nowotworowy. Pomaga to lepiej chronić pobliską zdrową tkankę, jednocześnie niszcząc nowotwór, najczęściej rak mózgu, oczu, kręgosłupa, płuc, głowy, szyi czy prostaty. Leczenie raka pozostaje jego głównym zastosowaniem na początku XXI wieku, ale terapia protonowa jest również badana pod kątem jej potencjalnych korzyści w leczeniu takich schorzeń, jak zwyrodnienie plamki żółtej.
Bombardując tkankę nowotworową protonami, terapia protonowa niszczy kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) komórek. Wiele komórek ma zdolność naprawy uszkodzonego DNA. Komórki rakowe rozmnażają się tak szybko, że są mniej zdolne do napraw, zanim wadliwe geny zostaną przekazane lub zanim uszkodzone komórki po prostu umrą.
Ten rodzaj terapii cząsteczkowej, który jest stosowany w leczeniu od lat 1950. XX wieku, jest wybierany spośród innych rodzajów radioterapii z jednego z dwóch powodów, w zależności od rodzaju i umiejscowienia nowotworu u pacjenta. Po pierwsze, ze względu na naturę protonów naładowanych energią, promieniowanie protonoterapii można podawać w większych dawkach. Protony mogą przedostać się do ciała tylko na pewną odległość, zależnie od ilości energii, jaką posiadają. Wysyłanie większych ilości promieniowania do guza działa, ponieważ protony są zbyt zlokalizowane, aby wyrządzić duże szkody otaczającym komórkom. Inne rodzaje promieniowania muszą być podawane przy niższych progach, ponieważ nie można ich kontrolować tak, jak terapia protonowa.
Po drugie, promieniowanie można podawać w normalnej dawce, ale w węższej wiązce, aby nie uszkodzić sąsiednich tkanek i narządów. Czasami nieodpowiednia dawka leczenia nie martwi lekarza tak bardzo, jak możliwość uszkodzenia innych komórek. Dzięki możliwości zawężenia strumienia do mikrowiązki protonów skupionych na określonym obszarze, lekarze mogą zminimalizować uszkodzenia w innych miejscach.
Istnieją różne rodzaje terapii protonowej, z których lekarze mogą wybrać najskuteczniejszą dla danego typu nowotworu. Każdy rodzaj terapii naładowanymi cząstkami działa podobnie, ale z różnicami w naładowanych protonach i zastosowanych materiałach wstrzykiwanych. Terapia wychwytu neutronów boru to terapia, która była testowana na początku 2011 roku. Polega na wstrzyknięciu boru do guza, a następnie wystrzeleniu go wiązką neutronów. Neutrony powodują rozszczepienie atomu boru, całkowicie niszcząc komórkę, prawie bez wpływu na pobliskie komórki i zdrowe tkanki. Terapia szybkimi neutronami działa w podobny sposób, ale zamiast boru wykorzystuje wstrzykiwany beryl jako cel.