We report the demonstrated irradiation effect of laser-accelerated protons on human cancer cells. In vitro (living) A549 cells are irradiated with quasimonoenergetic proton bunches of 0.8–2.4 MeV with a single bunch duration of 15 ns. Irradiation with the proton dose of 20 Gy results in a distinct formation of γ-H2AX foci as an indicator of DNA double-strand breaks generated in the cancer cells. This is a pioneering result that points to future investigations of the radiobiological effects of laser-driven ion beams. Unique high-current and short-bunch features make laser-driven proton bunches an excitation source for time-resolved determination of radical yields.

1.
R. R.
Wilson
,
Radiology
47
,
487
(
1946
).
2.
G.
Kraft
,
M.
Scholz
, and
U.
Bechthold
,
Radiat. Environ. Biophys.
38
,
229
(
1999
).
3.
S. V.
Bulanov
,
T. Zh.
Esirkepov
,
V. S.
Khoroshkov
,
A. V.
Kuznetsov
, and
F.
Pegoraro
,
Phys. Lett. A
299
,
240
(
2002
).
4.
M.
Borghesi
,
J.
Fuchs
,
S. V.
Bulanov
,
A. J.
Mackinnon
,
P. K.
Patel
, and
M.
Roth
,
Fusion Sci. Technol.
49
,
412
(
2006
).
5.
B. M.
Hegelich
,
B. J.
Albright
,
J.
Cobble
,
K.
Flippo
,
S.
Letzring
,
M.
Paffett
,
H.
Ruhl
,
J.
Schreiber
,
R. K.
Schulze
, and
J. C.
Fernández
,
Nature (London)
439
,
441
(
2006
).
6.
J.
Fuchs
,
P.
Antici
,
E.
d’Humieres
,
E.
Lefebvre
,
M.
Borghesi
,
E.
Brambrink
,
C. A.
Cecchetti
,
M.
Kaluza
,
V.
Malka
,
M.
Manclossi
,
S.
Meyroneinc
,
P.
Mora
,
J.
Schreiber
,
T.
Toncian
,
H.
Pepin
, and
P.
Audebert
,
Nat. Phys.
2
,
48
(
2006
).
7.
M.
Nishiuchi
,
H.
Daido
,
A.
Yogo
,
S.
Orimo
,
K.
Ogura
,
J.
Ma
,
A.
Sagisaka
,
M.
Mori
,
A. S.
Pirozhkov
,
H.
Kiriyama
,
S. V.
Bulanov
,
T. Zh.
Esirkepov
,
I. W.
Choi
,
C. M.
Kim
,
T. M.
Jeong
,
T. J.
Yu
,
J. H.
Sung
,
S. K.
Lee
,
N.
Hafz
,
K. H.
Pae
,
Y. -C.
Noh
,
D. -K.
Ko
,
J.
Lee
,
Y.
Oishi
,
K.
Nemoto
,
H.
Nagatomo
,
K.
Nagai
, and
H.
Azuma
,
Phys. Plasmas
15
,
053104
(
2008
).
8.
T. E.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
H.
Ruhl
,
A.
Kemp
,
P.
Audebert
,
M.
Roth
,
R.
Stephens
,
I.
Barton
,
A.
Blazevic
,
E.
Brambrink
,
J.
Cobble
,
J.
Fernandez
,
J. -C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
J.
Kaae
,
S.
Karsch
,
G. P.
Le Sage
,
S.
Letzring
,
M.
Manclossi
,
S.
Meyroneinc
,
A.
Newkirk
,
H.
Pepin
, and
N.
Renard-LeGalloudec
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
204801
(
2004
).
9.
H.
Kiriyama
,
M.
Mori
,
Y.
Nakai
,
T.
Shimomura
,
M.
Tanoue
,
A.
Akutsu
,
H.
Okada
,
T.
Motomura
,
S.
Kondo
,
S.
Kanazawa
,
A.
Sagisaka
,
J. -L.
Ma
,
I.
Daito
,
H.
Kotaki
,
H.
Daido
,
S. V.
Bulanov
,
T.
Kimura
, and
T.
Tajima
,
Opt. Commun.
282
,
625
(
2009
).
10.
A.
Yogo
,
H.
Daido
,
S. V.
Bulanov
,
K.
Nemoto
,
Y.
Oishi
,
T.
Nayuki
,
T.
Fujii
,
K.
Ogura
,
S.
Orimo
,
A.
Sagisaka
,
J. -L.
Ma
,
T. Zh.
Esirkepov
,
M.
Mori
,
M.
Nishiuchi
,
A. S.
Pirozhkov
,
S.
Nakamura
,
A.
Noda
,
H.
Nagatomo
,
T.
Kimura
, and
T.
Tajima
,
Phys. Rev. E
77
,
016401
(
2008
).
11.
J. F.
Ziegler
,
J. P.
Biersack
, and
M. D.
Ziegler
,
SRIM - The Stopping and Range of Ions in Matter
(
SRIM
,
Maryland
,
2008
).
12.
M.
Belli
,
R.
Cherubini
,
S.
Finotto
,
G.
Moschini
,
O.
Sapora
,
G.
Simone
, and
M. A.
Tabocchini
,
Int. J. Radiat. Biol.
55
,
93
(
1989
).
13.
A. J.
Downs
,
C. M.
Nussenzweig
, and
A.
Nussenzweig
,
Nature (London)
447
,
951
(
2007
).
14.
See EPAPS Document No. E-APPLAB-94-001918 for supplemental materials. For more information on EPAPS, see http://www.aip.org/pubservs/epaps.html.
15.
A.
Mozumder
, in
Charged Particle Tracks and Their Structure. Advances in Radiation Chemistry 1, 1
, edited by
M.
Burton
and
J. L.
Magee
(
Wiley
,
New York
,
1969
).
16.
M.
Taguchi
,
A.
Kimura
,
R.
Watanabe
, and
K.
Hirota
,
Radiat. Res.
171
,
254
(
2009
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.