Η θεραπεία πρωτονίων είναι μια ιατρική θεραπεία που στέλνει μια δέσμη πρωτονίων στο σώμα για να καταστρέψει τον μολυσμένο ιστό, συνήθως τον καρκινικό ιστό. Χρησιμοποιεί ιονίζουσα ακτινοβολία και έναν επιταχυντή σωματιδίων για να κατευθύνει τη δέσμη πρωτονίων στον καρκινικό όγκο. Αυτό βοηθά στην καλύτερη προστασία του κοντινού υγιούς ιστού, ενώ καταστρέφει τον καρκίνο, πιο συχνά τον καρκίνο του εγκεφάλου, των ματιών, της σπονδυλικής στήλης, των πνευμόνων, του κεφαλιού, του λαιμού ή του προστάτη. Η θεραπεία του καρκίνου παραμένει η κύρια χρήση της στις αρχές του 21ου αιώνα, αλλά η θεραπεία με πρωτόνια επίσης μελετάται για το πιθανό όφελος στη θεραπεία ιατρικών καταστάσεων όπως η εκφύλιση της ωχράς κηλίδας.
Βομβαρδίζοντας τον καρκινικό ιστό με πρωτόνια, η θεραπεία με πρωτόνια καταστρέφει το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) των κυττάρων. Πολλά κύτταρα έχουν την ικανότητα να επιδιορθώνουν το κατεστραμμένο DNA τους. Τα καρκινικά κύτταρα αναπαράγονται τόσο γρήγορα που είναι λιγότερο ικανά να κάνουν αυτές τις επισκευές πριν περάσουν τα ελαττωματικά γονίδια ή πριν πεθάνουν τα κατεστραμμένα κύτταρα.
Αυτός ο τύπος σωματιδιακής θεραπείας, που χρησιμοποιείται ως ιατρική θεραπεία από τη δεκαετία του 1950, επιλέγεται έναντι άλλων τύπων ακτινοθεραπείας για έναν από τους δύο λόγους, ανάλογα με τον τύπο και τη θέση του καρκίνου που έχει ο ασθενής. Πρώτον, λόγω της φύσης των ενεργοποιημένων πρωτονίων, η ακτινοβολία θεραπείας πρωτονίων μπορεί να χορηγηθεί σε μεγαλύτερες δόσεις. Τα πρωτόνια μπορούν να περάσουν μόνο μια ορισμένη απόσταση στο σώμα ανάλογα με την ποσότητα ενέργειας που έχουν. Η αποστολή υψηλότερων ποσοτήτων ακτινοβολίας στον όγκο λειτουργεί, επειδή τα πρωτόνια είναι πολύ εντοπισμένα για να κάνουν μεγάλη ζημιά στα γύρω κύτταρα. Άλλοι τύποι ακτινοβολίας πρέπει να χορηγούνται σε χαμηλότερα κατώφλια, επειδή δεν μπορούν να ελεγχθούν με τον τρόπο που μπορεί η θεραπεία με πρωτόνια.
Δεύτερον, η ακτινοβολία μπορεί να δοθεί σε κανονική δόση αλλά σε στενότερη δέσμη, επομένως δεν είναι πιθανό να βλάψει γειτονικούς ιστούς και όργανα. Μερικές φορές μια ανεπαρκής δόση θεραπείας δεν ανησυχεί τόσο τον γιατρό όσο η δυνατότητα της θεραπείας να βλάψει άλλα κύτταρα. Έχοντας τη δυνατότητα να περιορίσουν το ρεύμα σε μια μικροδέσμη πρωτονίων που εστιάζεται σε μια συγκεκριμένη περιοχή, οι γιατροί μπορούν να ελαχιστοποιήσουν τη ζημιά αλλού.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι θεραπείας πρωτονίων από τους οποίους οι γιατροί μπορούν να επιλέξουν την πιο αποτελεσματική για έναν συγκεκριμένο τύπο καρκίνου. Κάθε τύπος θεραπείας με φορτισμένα σωματίδια λειτουργεί παρόμοια, αλλά με διαφορές στα φορτισμένα πρωτόνια και στα εγχυόμενα υλικά που χρησιμοποιούνται. Η θεραπεία δέσμευσης νετρονίων βορίου είναι μια θεραπεία που δοκιμάστηκε στις αρχές του 2011. Περιλαμβάνει την έγχυση βορίου στον όγκο και στη συνέχεια πυροβολήθηκε με μια δέσμη νετρονίων. Τα νετρόνια προκαλούν τη διάσπαση του ατόμου του βορίου, καταστρέφοντας το κύτταρο εντελώς χωρίς σχεδόν καμία επίδραση στα κοντινά κύτταρα και στους υγιείς ιστούς. Η θεραπεία με γρήγορα νετρόνια λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο, αλλά χρησιμοποιεί ενέσιμο βηρύλλιο ως στόχο αντί για βόριο.