The present application provides compositions and methods for preparing and using "heavy" nucleotide derivatives of thymidine or uridine by replacing the oxygen atom attached to one or more of positions with non-radioactive oxygen-18 (18O), administering it to a subject to target a tumor including incorporation into tumor cell DNA, and then treating the tumor with proton beam therapy to transmutate the 18O to 18F, resulting in a break of the new fluorine-phosphorous bond. This chemical event destabilizes ribose-phosphate DNA back-bone and base pairing thus produce single- and double strand breaks, clusters lesions that can lead to irreparable DNA damage and enhanced tumor cell killing. The atomic, chemical, and physical aspects result in the use of lower radiation doses and significantly alter acute and late morbidity of radiotherapy. Heavy thymidine and heavy uridine derivatives labeled with 18O have been made and tested.La présente demande concerne des compositions et des procédés de préparation et dutilisation de dérivés nucléotidiques "lourds" de thymidine ou duridine par remplacement de latome doxygène fixé à une ou plusieurs positions par de loxygène-18 (18O) non radioactif, leur administration à un sujet pour cibler une tumeur comprenant leur incorporation dans lADN des cellules tumorales, puis le traitement de la tumeur par une thérapie par faisceau de protons pour transmuter le 18O en 18F, et induire ainsi une rupture de la nouvelle liaison fluor-phosphore. Cet événement chimique déstabilise le squelette ADN ribose-phosphate et lappariement des bases, générant ainsi des cassures simple et double brin, des lésions dagrégats qui peuvent conduire à des lésions irréparables de lADN et à une destruction améliorée des cellules tumorales. Les aspects atomiques, chimiques et physiques permettent lutilisation de plus faibles doses de rayonnement et modifient de manière significative la morbidité aiguë et tardive de la radiothérapie. Des dérivés de thymidine lourde e
