يشبه العلاج بالبروتونات التقليدي قذيفة دقيقة لكنها خفيفة: تصيب الورم بدقة، لكنها لا تسبب أضراراً كافية في كثير من الأحيان. السبب أن البروتونات تمتلك «قوة تدميرية» منخفضة (تأثيراً بيولوجياً)، وبعض الأورام تنجح في إصلاح الكسور التي تلحق بالحمض النووي.
وجد الباحثون طريقة لتقوية الضربة دون تغيير الحزمة نفسها. الفكرة تكمن في إشباع الورم مسبقاً بذرات النيتروجين-15، وهو نوع نادر لكنه مستقر من النيتروجين. عندما تصطدم البروتونات بهذه الذرات، تتولد جسيمات ألفا قصيرة العمر ونوى كربون. تعمل هذه الجسيمات ككباش حقيقية تحطم الحمض النووي بقوة أكبر بكثير. في التجارب على الخلايا، عند إثراء النيتروجين-15 بنسبة 30%، زاد عدد الكسور المزدوجة الخطيرة بشكل خاص في الحمض النووي (تلك التي يصعب على الخلية إصلاحها تقريباً) بنسبة 175% بالنسبة لجسيمات ألفا وبنسبة 53% بالنسبة للكربون.
النيتروجين-15 نفسه، عند حقنه على شكل حمض أميني هو الجلوتامين، لم يضر الخلايا حتى بجرعات عالية. وبعد التشعيع بجرعة 2 غراي، انخفض معدل بقاء الخلايا المعالجة بنسبة إضافية قدرها 15.4% مقارنة بالعلاج بالبروتونات التقليدي. وهذا يعني أن كل الزيادة في الفعالية تأتي من الكسور الأثقل في الحمض النووي، وليس من سمية المادة المضافة.
النيتروجين-15 ضيف نادر على الأرض: في الهواء لا يتجاوز نسبته 0.37%، والباقي هو النيتروجين-14 العادي. لكنه مستقر وغير مشع، لذا فهو آمن للجسم.
فكرة تحويل الذرات غير المؤذية إلى أسلحة ضد السرطان تذكرنا بمبدأ «الطين الرمادي» في الخيال العلمي، لكن هنا تحل نوى الذرات محل الروبوتات النانوية، والهدف ليس الكوكب بأكمله بل ورم محدد.