Первые радиобиологические эксперименты в ОИЯИ были начаты в далеком 1959 году на 6-метровом протонном синхроциклотроне ЛЯП. Эти исследования проводили сотрудники лаборатории радиотоксикологии и клиницисты Института гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР под руководством заведующей лабораторией проф. Э.Б.Курляндской и директора Института академика А,А,Летавета. В начале 1960 г. на территории ЛЯП была организована лабораторная база этого Института, смонтирован маленький "финский" домик во дворе ЛНФ рядом с теперь уже бывшим павильоном физических измерений ЛЯП (он существует до сих пор). И на этой базе начали работать первые сотрудники, постоянно живущие в Дубне со статусом прикомандированных к ЛЯП. Перед исследовательским коллективом стояли задачи сравнительной оценки воздействия разных доз протонного и гамма-излучений на организм экспериментальных животных. Получение такого рода данных служило бы необходимой базой для разработки мер по снижению степени вредного влияния корпускулярных излучений на организм человека и в итоге создания нормативов для персонала, работающего в смешанных полях ионизирующих излучений.

         В эти же годы в нашей стране возник ряд актуальных задач, связанных с началом космической эры и освоением околоземного космического пространства. Острая необходимость быстрого решения этих задач стимулировала проведение широкомасштабных радиобиологических исследований и, в конечном итоге, определила фронт выполняемых работ на установках ОИЯИ. Запущенные в тот период искусственные спутники Земли и космические корабли обнаружили высокий уровень доз ионизирующих излучений в околоземном космическом пространстве. Выяснилось, что в космосе присутствуют различные виды ионизирующих излучений, имеющие сложный зарядовый и энергетический спектры. При подготовке первых полетов животных и человека в космос не было ясности в том, как будут вести себя живые организмы в условиях многокомпонентного радиационного воздействия, в том числе при действии протонов высоких энергий, генерируемых Солнцем и исходящих из глубин Галактики. Решить эту задачу стало возможным в наземных условиях, облучая биологические объекты на первом в Дубне 6-метровом ускорителе протонов, генерирующем пучки протонов с энергией до 660 МэВ. Целью данных работ являлось установление величины относительной биологической эффективности (ОБЭ) протонов высокой энергии, т.е. необходимо было установить – насколько более (или менее) эффективны высокоэнергетичные протоны по сравнению с рентгеновским или гамма-излучением при действии на живые организмы. При краткосрочных полетах в околоземном космическом пространстве радиационная опасность обусловлена в основном протонами, составляющими излучение радиационного пояса Земли или генерируемыми в результате хромосферных вспышек на Солнце. Наибольший вклад вносят протоны с энергиями в диапазоне 100 - 700 МэВ. Поэтому первоочередной задачей становилось исследование влияния протонов разных энергий на организм человека и поиск способов защиты космонавтов от их негативного влияния во время полетов.

         В ходе обсуждения всей совокупности вопросов в руководящих органах страны была выработана программа исследований и пути ее реализации. В декабре 1963 г. в Москве был создан Институт медико-биологических проблем МЗ СССР, возглавляемый академиком А.В.Лебединским, и специальное подразделение, руководимое проф. Ю.Г.Григорьевым. В Дубне при ЛЯП заработала стационарная лаборатория – филиал одного из подразделений ИМБП, которая являлась, по сути, базой для проведения работ по облучению различных биологических объектов разными видами ионизирующих излучений. На синхроциклотроне проводили эксперименты по облучению разных животных (крысы, мыши, собаки и даже обезьяны), растительных объектов, а также культивируемых клеток млекопитающих и человека протонами с энергиями от 25 до 645 МэВ. Группа физиков ИМБП обеспечивала выведение пучков протонов с разными энергиями и дозиметрию при облучении биообъектов, используя блоки тканеэквивалентных поглотителей.

         На этом ускорителе проводили свои опыты не только сотрудники ИМБП, но и специалисты из других институтов АН СССР, АМН СССР, Минздрава СССР. В соответствии с разработанной в АН СССР программой "Интеркосмос" в этих работах широко участвовали ученые из других стран - Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Румынии, Чехословакии.

         Изучались реакции разных клеточных и тканевых систем при воздействии острого, фракционированного и хронического протонного облучения. Исследовалось также модифицирующее влияние разных видов физических и химических агентов на радиационные эффекты. Большой объем работ был выполнен по оценке радиационной опасности при кратковременных и длительных космических полетах человека, работы по установлению допустимых уровней облучения, велась разработка методов физической защиты от космической радиации и т.д.

         В 1967 г. был издан первый сборник статей "Биологическое действие протонов высоких энергий" под ред. Ю.Г.Григорьева, где были обобщены результаты исследований на синхроциклотроне ЛЯП ОИЯИ. По полученным материалам были защищены многие десятки кандидатских и докторских диссертаций, написаны многочисленные статьи и монографии, посвященные этой проблеме. Анализ полученных данных по реакции клеток и тканевых систем организмов показал, что по своему воздействию протоны высоких энергий аналогичны воздействию электромагнитных видов излучений - гамма- и рентгеновских лучей. Однако отмечено повышение относительной биологической эффективности протонов при снижении их энергии до 25 МэВ и ниже.

         В условиях длительных космических полетов, наибольшую опасность, как оказалось, может представлять Галактическое космическое излучение (ГКИ). Было выяснено, что ГКИ, состоит из практически всех элементов, составляющих периодическую таблицу Д.И.Менделеева. Наибольший вклад в интегральный поток тяжелых ядер ГКИ вносят ядра группы углерода и железа, ускоренные в космосе до гигантских энергий. Хотя потоки этих частиц невелики (за год полета вне магнитосферы Земли приходится примерно 105 частиц/см2) их повреждающее влияние на организм может быть крайне неблагоприятным. Изучение особенностей биологического действия тяжелых заряженных частиц и тем самым моделирование влияния на живые системы ядер ГКИ можно было осуществлять в тот период на ускорителе тяжелых ионов У-300 Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Г.Н.Флёров активно поддержал обращение руководителей ИМБП – академика В.В.Парина и вскоре, сменившего после его кончины академика О.Г.Газенко, и предоставил возможность проводить радиобиологические эксперименты на этом недавно запущенном в эксплуатацию ускорителе.

         Надо заметить, что постановка радиобиологических экспериментов на ускорителе У-300 была не простой задачей. Энергия тяжелых ионов, генерируемых ускорителем, не превышала 10 МэВ/нуклон. Для проведения радиобиологических экспериментов была создана установка, которая позволяла транспортировать пучки ускоренных ядер в атмосферу. С её помощью можно было осуществлять прецизионную дозиметрию частиц и с учетом того, что пробеги ускоренных ионов в тканях живых организмов не превышали 300 мкм, пришлось разработать специальную технику приготовления биологических образцов (монослои клеток) для облучения. В экспериментах на микроорганизмах, клетках млекопитающих в культуре, тканях роговицы мелких лабораторных животных была отмечена высокая биологическая эффективность тяжелых ионов по сравнению с гамма-лучами и протонами высоких энергий по многим тестам, в том числе по критерию индукции повреждений хромосомного аппарата клеток млекопитающих.

         Помимо специалистов в области космической радиобиологии на базе ОИЯИ работала группа радиобиологов - сотрудников Всесоюзного Онкологического Научного Центра (ВОНЦ) АМН СССР. В 1966г. по инициативе В.П.Джелепова на синхроциклотроне ЛЯП ОИЯИ были начаты работы по созданию первого в СССР протонного медицинского пучка для облучения онкологических больных. Группу физиков, занимавшихся этой проблемой, возглавлял сотрудник ЛЯП О.В. Савченко, от онкологического центра работой руководил заведующий отделением лучевой терапии проф. И.И.Рудерман. Вскоре был создан протонный пучок, на котором необходимо было провести первые предклинические радиобиологические исследования. Для этих исследований в ВОНЦ была приглашена на работу из Института гигиены труда и профзаболеваний группа сотрудников, постоянно работающих в Дубне и занимающихся исследованием биологического действия протонов высоких энергий, во главе с С.П. Ярмоненко (тогда еще кандидату биологических наук). В ВОНЦ была создана лаборатория радиобиологии опухолей, сотрудники которой работали в тесном контакте с дубненской группой.

         Радиобиологические исследования на протонном медицинском пучке были начаты в 1968 г. В экспериментах, проводимых на клеточных культурах и животных-опухоленосителях, были определены основные радиобиологические параметры протонов с энергией 180 МэВ, что дало возможность в скором времени начать лучевое лечение больных.

         Следующим этапом исследований дубненских радиобиологов-онкологов было изучение биологического действия ??-мезонов на пучке, сформированном на том же ускорителе ЛЯП. Были получены приоритетные данные по величине относительной биологической эффективности и кислородного коэффициента этого вида излучения, которое, как полагали, может оказаться эффективным при использовании в лучевой терапии опухолей. Впоследствии были предприняты исследования биологического действия нейтронов сверхвысоких энергий с дальним прицелом использования этого вида частиц при облучении радиорезистентных крупных опухолевых образований.

         Дубненские радиобиологи работали в постоянном контакте с московскими коллегами. Исследованиями по-прежнему руководил теперь уже профессор С.П.Ярмоненко. Совместно с коллегами из Москвы были проведены работы по экспериментальному обоснованию метода гипоксирадиотерапии, который был внедрен в клиническую практику лучевой терапии во многих онкологических учреждениях СССР и за рубежом.

          Радиобиологические исследования на базовых установках ОИЯИ впоследствии стали успешно развиваться радиобиологами, работающими непосредственно в ОИЯИ, в созданном секторе биологических исследований ЛЯП в 1978 г.