Die Ionenstrahltherapie ist ein sich rasch entwickelnder Zweig der Tumorbehandlung. Da Ionen den größten Teil der Energie am Ende ihrer Reichweite deponieren, sind sie gute Kandidaten für eine effektive Behandlung von tief sitzenden Tumoren und ermöglichen gleichzeitig eine effiziente Schonung des Normalegewebes im Strahleingangskanal. Derzeit werden nur Protonen und Kohlenstoff-Ionen in Kliniken verwendet. Ziel dieser Arbeit war eine experimentelle Untersuchung der relevanten Eigenschaften und eine Analyse der Möglichkeit, einen anderen Ionentyp, 16O Sauerstoff, hauptsächlich zur Behandlung von hypoxischen Tumoren, in die klinische Praxis einzuführen. In dieser Arbeit werden die erste umfassende Beschreibung von 16O-Ionen einschließlich ihrer experimentellen Charakterisierung sowohl aus physikalischer als auch aus strahlenbiologischer Sicht sowie die daraus folgenden Studien zur Behandlungsplanung vorgestellt. Darüber hinaus wird ein neuer Ansatz zur Bestrahlung von hypoxischen Tumoren mit mehreren Primärionen beschrieben, der in das hauseigene Bestrahlungsplanungssystem TRiP98 von GSI implementiert wurde. Die entsprechende Behandlungsplanung wird mit Sauerstoff- und Heliumstrahlen durchgeführt. Die Verifizierung der Energiedosisprofile sowie die in vitro Zellüberlebensexperimente einschließlich der Messungen in Hypoxie wurden am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum und am GSI Helmholtz-Zentrum für Schwerionenforschung (Deutschland) durchgeführt. Diese Experimente bestätigten den aktuellen Stand der physikalischen und strahlenbiologischen Modelle für Sauerstoff- Ionen und die Zuverlässigkeit der erstellten Bestrahlungspläne. Zum ersten Mal konnte experimentell gezeigt werden, dass Sauerstoff-Ionen gegenüber Kohlenstoff-Ionen für die Bestrahlung von hypoxischen Tumoren von Vorteil sein können. Der weitere Vergleich der Bestrahlungspläne mit Sauerstoffund leichteren Ionenstrahlen ergab, dass die Verwendung von Sauerstoff-Ionen für hypoxische Tumore eine möglichst gleichmäßige Zielerfassung, eine Verringerung der Dosis im Eingangskanal und eine Vermeidung lokaler Dosis-Hotspots in kritischen Organen ermöglicht. Der hier vorgeschlagene Ansatz, der kill-painting mit der Verwendung von mehreren Ionentypen mit verschiedenen Eigenschaften in einem Bestrahlungsplan verbindet, kann den Therapieerfolg für einige Fälle von hypoxischen Tumoren verbessern, da eine zusätzliche Verringerung der Dosis im Normalgewebe und in kritischen Organen erreicht werden kann.