Antirészecskék is szerepet kaphatnak majd a daganatok sugárterápiájában, az első sikeres biológiai laborkísérleteket a genfi nemzetközi részecskefizikai kutatóközpont, a CERN antiproton lassítójánál végezték.
Újabb és újabb megoldásokat keresnek a kutatók, hogy minél sikeresebben valósíthassák meg a daganatterápia alapvető célját, a daganatsejtek elpusztítását a környező egészséges szövetek károsítása nélkül. Robert R. Wilson amerikai fizikus 1946-ban ismerte fel, hogy nehéz töltött részecskékkel végzett besugárzásnál kevésbé károsodnak az egészséges szövetek, mert ezek a részecskék energiájuk túlnyomó részét mozgásuk végén adják le. Megállási helyük előtt kevés, utána pedig semmi energiát sem adnak át a szöveteknek, tehát a behatolási mélység, vagyis a részecske energiájának megfelelő beállításával jól meg lehet célozni a daganatot. A javaslat akkor nem keltette fel az orvostársadalom érdeklődését, az első kísérleteket csak egy évtizeddel később kezdték el a kaliforniai Berkeley-ben és a Harvard Egyetemen. A protonokkal való sugárkezelést az 1990-es évek elejétől alkalmazzák szélesebb körben, a fizikai kutatólaboratóriumok részecskegyorsítóit használva. 1993-ra már világszerte tízezer beteg kapott proton-besugárzásos kezelést, számuk 2006 végére elérte az ötvenezret. Ma már öt cég szállít kulcsrakészen proton-terápiás centrumokat.
A protonok mellett nehezebb ionok alkalmazását is kipróbálták, Berkeley-ben 1957-től héliummal, 1967-től argon ionokkal kísérleteztek, másutt szilícium és neon ionokkal próbálkoztak. 1980-ban átfogó programot indítottak a különböző nehéz ionokkal való besugárzás biológiai hatékonyságának szisztematikus feltárására, a kísérleteket USA, nyugat-német és francia laboratóriumokban végezték. A legkönnyebb ionoktól a legnehezebbekig mindent kipróbáltak, kb. százezer biológiai mintát vizsgáltak meg. A korábban használt argon, szilícium és neon ionokról kiderült, hogy jelentősen károsítják a daganat előtti egészséges szöveteket. A legjobb eredményeket szénionokkal érték el. 1994-től már betegeket kezeltek szénionos besugárzással Japánban.
2006-ban 12 fizikai laboratórium és 10-nél több kórház részecskegyorsítójánál végeztek rutinszerűen proton besugárzást, további 10 centrum pedig épül. A Japán HIMAC központban már 2200 páciens kapott szénionos besugárzást, Darmstadtban, a GSI német szinkrotron intézetben pedig 300. Fej, tüdő, máj és prosztata daganatokat kezeltek eredményesen, a módszer elsősorban a mélyen elhelyezkedő, lassan növekvő daganatoknál volt sikeres. Nemzetközi elemzések szerint a ma röntgen-sugarakkal kezelt páciensek 1%-ánál a proton terápia egyértelműen jobb lenne, jobb eredmény további 12%-nál is valószínűsíthető. A szénionos kezelésekről kevés még az adat, de a röntgen-sugarakkal kezelt betegek mintegy 3%-ánál a szenes besugárzást kellene alkalmazni. Mindent összevetve a 10 millió lakosonként várható húszezer beteg 15%-ánál lenne szükség a nehéz részecskés, proton vagy szénionos besugárzásra.
Számítások szerint 35 millió lakosonként kellene egy szénion központot létrehozni. 2003 óta épül egy nehézion központ Heidelbergben, idén év végén már betegeket várnak kezelésre. Az olaszországi Paveban ugyancsak 2007 végére készül el egy hasonló központ. Ausztriában a pályázat elbírálásánál tartanak a Wiener Neustadtba tervezett kettős (proton és szén) központ előkészítésében. A francia kormány 2005-ben döntött egy központ felépítéséről, helyszíne Lyon lesz. A CERN, Darmstadt, Heidelberg, Lyon, Pave, Stockholm és Wiener Neustadt működő vagy készülő intézményei az Európai Unió támogatásával hangolták össze az európai szénionos terápia fejlesztését. Marburgban 2010-re magántőkéből épül meg egy szén/proton besugárzó központ, a megrendelő a több mint 40 német kórházat működtető Rhön-Klinikum-AG, a centrumot a Siemens építi.
A bevált protonos és szénionos besugárzás mellett egyelőre még csak a távoli jövő ígérete az antiprotonokkal való kezelés. A CERN-ben folyó antiprotonos fizikai kísérletek célja az anyag- és antianyag részecskék összehasonlító tanulmányozása, annak feltárása, hogy töltésükön kívül miben különböznek egymástól a protonok és az antiprotonok, az anyag- és az antianyag-részecskék. Ma csak azt tudjuk, hogy a proton pozitív, az antiproton negatív töltésű. De léteznie kell más eltérés(ek)nek is, különben nem élhetnénk anyagi világban. A vizsgálatokhoz elő kell állítanunk az antianyagot. Erre két mód kínálkozik, az egyik a béta-bomlás, a másik a nagy energiájú részecskeütközések létrehozása. A béta-bomlás egyik változatában egy proton alakul át neutronná, a folyamatban pozitron és neutrínó keletkezik. Ha elektron (anyag) és pozitron (antianyag) találkozik, akkor a két részecske nyugalmi tömeg szétsugárzódik, ezt használják ki a PET vizsgálatokban.
Szétsugárzás bármely részecske-antirészecske pár találkozásánál bekövetkezik. A protonos besugárzás már jól bevált. Érdemes végiggondolni, hogy mi történik, ha antiprotonokkal sugározzuk be a protonokban gazdag szöveteket. L. Gray és T. E. Kalogeropoulis ezt már 1984-ben megtette és publikálta, de 2006-ig kellett várni az első kísérletre. A számítások szerint a nagyenergiájú részecske megállásakor átadott energiához tovább, jelentős járulékot adnak az antiproton-proton pár szétsugárzása során kilépett különféle részecskék. A szétsugárzó részecskepár energiája sok, a folyamatban keletkezett új részecske között oszlik meg, ezek hamar megállnak a szövetekben és maguk is pusztítják a megcélzott sejteket. Antiprotonokat kezelhető mennyiségben előállítani nem könnyű feladat, a CERN-ben évtizedek óta foglalkoznak ilyen kísérletekkel.
Az antiprotonokat hatalmas részecskegyorsítókban állítják elő. Nagy energiájú protonokat ütköztetnek valamilyen céltárggyal, az ütközés során sokféle részecskefizikai folyamat megy végbe, ezek egy részében antiprotonok is keltődnek. Ezután az antiprotonokat szét kell választani a többi részecskétől, és tárolni kell őket addig, míg elegendően nagy számban gyűltek össze ahhoz, hogy a továbbiakban már egy tiszta antiproton-részecskenyalábbal lehessen vizsgálatokba kezdeni. A nagy energiájú részecskefizikai folyamatokban keletkező antiprotonok maguk is meglehetősen nagy energiájúak, gyorsak. Kordában tartásukhoz, „kezelhetővé tételükhöz” le kell lassítani őket.
A CERN antiproton lassítójánál kezdtek hozzá az antiproton sejt kísérlethez (ACE). Élő hörcsög sejteket ágyaztak zselatinba, ez a minta került kémcsőben a nagyenergiájú részecskék útjába. Összehasonlító vizsgálatokat végeztek, protonokkal és antiprotonokkal egyaránt dolgoztak, különböző intenzitásokkal. A besugárzás után a zselatint kiemelték a kémcsőből és 1 mm vastag szeletekre vágták. A szeleteket feloldották, a sejtek inkubátorba kerültek. Néhány nap után ellenőrizték, hogy melyik rétegben hány sejt élte túl a besugárzást, hány osztódott egészségesen tovább. Az eredmény: az antiprotonos besugárzás négyszer hatékonyabb, mint a protonokkal való besugárzás. A nyaláb belépő csatornájában az antiprotonok jelentősen kisebb kárt okoztak, tehát a haszon kettős: hatékonyabban pusztítják el a daganatszöveteket és kevésbé károsítják az útbaeső egészséges területeket.
Antiproton-nyaláb előállítása lényegesen bonyolultabb, mint a protonoké, ezért reálisan nem lehet arra számítani, hogy az antianyaggal való besugárzás elterjedt kezelési módszer lehet. Mindenesetre már az első kísérletekben bebizonyosodott, hogy az antianyag részecskék a korábbinál hatékonyabb terápiás megoldást adhatnak. Az első klinikai próbákra még legalább egy évtizedet várni kell.
Hozzászólások