Sonobiopsie biedt een niet-invasieve route naar de diagnose van hersentumoren – Physics World

Sonobiopsie biedt een niet-invasieve route naar de diagnose van hersentumoren – Physics World

Tijdstempel: 13 oktober 2023 4:45 uur

Afgestudeerde student Lu Xu draagt ​​een apparaat dat gerichte echografie richt op precieze plekken in de hersenen
Niet-invasieve toegang tot de hersenen Afgestudeerde student Lu Xu draagt ​​een apparaat dat gerichte echografie richt op precieze plekken in de hersenen. Een dergelijke doelgerichtheid is de eerste stap in sonobiopsie, een niet-invasieve techniek die gebruik maakt van echografie en microbellen om biomoleculen uit hersentumoren in de bloedbaan vrij te geven. (Met dank aan: Hong Chen/Washington Universiteit)

Het diagnosticeren van een hersentumor omvat meestal neuroimaging met CT en MRI, gevolgd door chirurgische resectie of weefselbiopsie. Een niet-invasief en goedkoop alternatief is op bloed gebaseerde vloeibare biopsie, waarbij circulerende biomarkers in het bloed worden geanalyseerd om moleculaire en genetische informatie over de tumor te verkrijgen en behandelbeslissingen te begeleiden. Helaas worden van hersentumoren afkomstige biomarkers slechts in schaarse hoeveelheden gedetecteerd, omdat de bloed-hersenbarrière (BBB) ​​de overdracht van dergelijke biomarkers naar de perifere bloedsomloop verhindert.

Om dit probleem aan te pakken, hebben onderzoekers van Universiteit van Washington in St. Louis maken gebruik van gerichte echografie (FUS) en microbellen om de BBB tijdelijk te verstoren en grote hoeveelheden biomarkers in de bloedbaan vrij te geven voor analyse. In een prospectief onderzoek bij mensen, dat voor het eerst op mensen werd uitgevoerd, ontdekten ze dat door FUS geïnduceerde afgifte van biomarkers in de bloedbaan – een methode die zij sonobiopsie noemen – haalbaar en veilig is voor gebruik.

“Met deze techniek kunnen we een bloedmonster verkrijgen dat de genexpressie en de moleculaire kenmerken weerspiegelt op de plaats van een laesie in de hersenen. Het is alsof je een hersenbiopsie doet zonder de gevaren van een hersenoperatie”, legt co-senior auteur uit Erik Leuthardt In een persverklaring.

Transcraniële FUS met lage intensiteit, gebruikt in combinatie met intraveneus geïnjecteerde microbellen, zorgt voor een tijdelijke en omkeerbare opening van de BBB en kan laesies in de hersenen tot op de millimeter nauwkeurig richten. De microbellen, die traditioneel worden gebruikt als ultrasone contrastmiddelen, ondergaan cavitatie bij blootstelling aan FUS en versterken de mechanische effecten ervan.

Om sonobiopsie uit te voeren, een techniek ontwikkeld door Leuthardt en co-senior auteur hong chenheeft het team een ​​compact FUS-apparaat ontwikkeld dat rechtstreeks kan worden aangesloten op een klinische neuronavigatiesonde, waardoor een nauwkeurige positionering van de FUS-transducer mogelijk is. Dit ontwerp maakt eenvoudige integratie van sonobiopsie in bestaande klinische workflows mogelijk zonder dat neurochirurgen aanvullende training hoeven te volgen.

Om de haalbaarheid en veiligheid van sonobiopsie met de neuronavigatiegeleide FUS-transducer te beoordelen, voerden Leuthardt, Chen en collega's een pilot-studie uit met één arm bij vijf patiënten met hooggradig glioom (vier hadden glioblastoom, één had een diffuus hooggradig glioom). ).

De onderzoekers voerden sonobiopsie uit bij verdoofde patiënten voorafgaand aan de geplande chirurgische verwijdering van de hersentumor. Met behulp van vooraf verkregen MRI- en CT-beelden om de hoofdpositie van de patiënt te registreren, positioneerden ze de FUS-transducer zo dat de focus op de tumorlocatie werd uitgelijnd. Na intraveneuze injectie van microbellen pasten ze gedurende 3 minuten FUS-sonicatie toe.

Analyse van bloedmonsters verzameld vóór en 5, 10 en 30 minuten na sonicatie onthulde dat sonobiopsie de concentratie van circulerend tumor-DNA (ctDNA) verhoogde. Dit omvatte een maximale toename van 1.6 maal voor mononucleosoom celvrije DNA (cfDNA) fragmenten, 1.9 maal voor patiëntspecifieke tumorvariant ctDNA en 5.6 maal voor ctDNA met TERT-mutaties (die aanwezig zijn bij meer dan de helft van de glioblastoompatiënten). en geassocieerd met slechte behandelresultaten).

De studie bevestigde ook dat de procedure veilig was en het hersenweefsel niet beschadigde. Tijdens FUS-sonicatie vertoonden patiënten geen significante fluctuaties in de vitale functies en waren er geen bijwerkingen. Tumormonsters verzameld tijdens de operatie vertoonden geen microbloedingen of structurele veranderingen tussen gesoniceerde en niet-gesoniceerde gebieden.

De onderzoekers concluderen dat hun werk “een cruciale eerste mijlpaal markeert in het aantonen van de haalbaarheid en veiligheid van sonobiopsie bij patiënten met hooggradig glioom”. Ze wijzen erop dat, hoewel dit onderzoek voorafgaand aan de operatie in een operatiekamer werd uitgevoerd, de operatieomgeving en anesthesie niet essentieel zijn, en dat sonobiopsie in een kliniek of aan het ziekenhuisbed van een patiënt zou kunnen worden gebruikt.

“Met dit vermogen om op niet-invasieve en niet-destructieve wijze toegang te krijgen tot elk deel van de hersenen, kunnen we nu genetische informatie van tumoren verkrijgen in elke fase van de patiëntenzorg, variërend van tumordiagnose tot behandelingsmonitoring en detectie van recidief”, zegt Chen. “We kunnen nu beginnen met het onderzoeken van ziekten waarvoor traditioneel geen chirurgische biopsieën worden genomen, zoals neurologische ontwikkelings-, neurodegeneratieve en psychiatrische stoornissen.”

Het onderzoek wordt beschreven in npj precisie-oncologie.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld