L’hadronthérapie par ions carbone, du fait de son efficacité biologique relative très supérieure aux photons et protons, et grâce à ses caractéristiques balistiques proches de celles des protons, permet de traiter efficacement des tumeurs radiorésistantes. Les raisons de cette efficacité accrue sont à trouver dans les aspects microdosimétriques et radiobiologiques des ions. Le transfert d’énergie linéique au sein du pic de Bragg, situé en fin de parcours des particules, peut atteindre une valeur de 100 keV/μm, considérablement plus élevée que pour les photons, les électrons relativistes ou les protons de haute énergie. Les modèles de microdosimétrie prévoient que ces hautes valeurs de transfert d’énergie linéique s’accompagnent de la formation de lésions multiples localisées de l’ADN, considérées comme difficilement réparables. Elles entraînent un blocage plus durable du cycle cellulaire et donnent plus fréquemment lieu à des aberrations chromosomiques létales pour les cellules. Les types de mort cellulaire sont identiques à ceux engagés en réponse à l’irradiation photonique, mais la réponse est plus précoce et plus importante à dose physique équivalente. Les différences radiobiologiques entre ions carbone et photons sont étudiées depuis peu d’années et de nombreux aspects restent à approfondir. Généralement, ces phénomènes tendent à réduire les différences de radiosensibilité entre différents tissus. C’est donc bien en situation de radiorésistance relative des tumeurs par rapport aux tissus sains que les ions carbone doivent être utilisés et non dans les situations inverses, où le fractionnement des radiations de faible transfert d’énergie linéique suffit à apporter l’effet différentiel nécessaire au contrôle de la tumeur.

Carbon ions, thanks to their relative biological effectiveness much higher than that of photons and protons and their ballistic characteristics similar to those of protons, can effectively treat radioresistant tumours. The reasons for this increased efficiency are found in the microdosimetric and radiobiological features of ions. The energy deposit or linear energy transfer increases along the range and reaches a very high level at the end producing the Bragg peak, where the linear energy transfer is about hundred times higher than that of photons. These massive energy deposits create multiple DNA lesions that are difficult to repair. DNA repair is associated with longer blockage of the cell cycle and more frequent chromosomal aberrations that are lethal to cells. The types of cell death are identical to those triggered in response to photon irradiation, but the response is earlier and more important at equivalent physical dose. Radiobiological differences between carbon ions and photons have been studied for some years and many aspects remain to be explored. In general, these phenomena tend to reduce the differences of radiosensitivity among different tissues. It is therefore in situation where tumours are relatively radioresistant compared to healthy tissue, that carbon ions must be used and not in the opposite situations where the fractionation of low linear energy transfer radiation is sufficient to provide the necessary differential effect to cure the tumour.