Sonobiopsi gir en ikke-invasiv vei til hjernesvulstdiagnose – Physics World

Sonobiopsi gir en ikke-invasiv vei til hjernesvulstdiagnose – Physics World

Tidsstempel: 13. oktober 2023 4:45

Graduate student Lu Xu bærer en enhet som målretter fokusert ultralyd til presise flekker i hjernen
Ikke-invasiv hjernetilgang Graduate student Lu Xu bærer en enhet som retter fokusert ultralyd mot presise flekker i hjernen. Slik målretting er det første trinnet i sonobiopsi, en ikke-invasiv teknikk som bruker ultralyd og mikrobobler for å frigjøre biomolekyler fra hjernesvulster til blodet. (Med tillatelse: Hong Chen/Washington University)

Diagnostisering av en hjernesvulst innebærer vanligvis neuroimaging med CT og MR, etterfulgt av kirurgisk reseksjon eller vevsbiopsi. Et ikke-invasivt og rimelig alternativ er blodbasert flytende biopsi, som analyserer sirkulerende biomarkører i blodet for å få molekylær og genetisk informasjon om svulsten og veilede behandlingsbeslutninger. Dessverre oppdages hjernesvulst-avledede biomarkører bare i knappe mengder, ettersom blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​forhindrer overføring av slike biomarkører til den perifere sirkulasjonen.

For å løse dette problemet har forskere ved Washington University i St. Louis bruker fokusert ultralyd (FUS) og mikrobobler for å midlertidig forstyrre BBB og frigjøre store mengder biomarkører i blodet for analyse. I en første-i-menneske prospektiv studie fant de at FUS-indusert frigjøring av biomarkører i blodet – en metode de kaller sonobiopsi – er gjennomførbar og trygg for bruk.

"Med denne teknikken kan vi få en blodprøve som gjenspeiler genuttrykket og de molekylære egenskapene på stedet for en lesjon i hjernen. Det er som å ta en hjernebiopsi uten farene ved hjernekirurgi, forklarer co-seniorforfatter Eric Leuthardt i en pressemelding.

Transkraniell lav-intensitet FUS, brukt i kombinasjon med intravenøst ​​injiserte mikrobobler, gir temporal og reversibel åpning av BBB og kan målrette mot lesjoner i hjernen med millimeters nøyaktighet. Mikroboblene, som tradisjonelt brukes som ultralydkontrastmidler, gjennomgår kavitasjon ved eksponering for FUS og forsterker dens mekaniske effekter.

Å utføre sonobiopsi, en teknikk utviklet av Leuthardt og co-senior forfatter hong chen, utviklet teamet en kompakt FUS-enhet som kan festes direkte til en klinisk nevronavigasjonssonde, noe som muliggjør presis posisjonering av FUS-transduseren. Denne utformingen muliggjør enkel integrering av sonobiopsi i eksisterende kliniske arbeidsflyter uten at nevrokirurger trenger ytterligere opplæring.

For å vurdere gjennomførbarheten og sikkerheten til sonobiopsi med den nevronavigasjonsveiledede FUS-transduseren, gjennomførte Leuthardt, Chen og kolleger en pilot-enarmsstudie med fem pasienter med høygradig gliom (fire hadde glioblastom, en hadde diffust høygradig gliom ).

Forskerne utførte sonobiopsi på bedøvede pasienter før planlagt kirurgisk fjerning av hjernesvulst. Ved å bruke MR- og CT-bilder tatt på forhånd for å registrere pasientens hodeposisjon, plasserte de FUS-transduseren for å justere fokuset på tumorstedet. Etter intravenøs injeksjon av mikrobobler brukte de FUS-sonikering i 3 min.

Analyse av blodprøver samlet før og 5, 10 og 30 minutter etter sonikering viste at sonobiopsi økte konsentrasjonen av sirkulerende tumor-DNA (ctDNA). Dette inkluderte maksimal økning på 1.6 ganger for mononukleosomcellefrie DNA (cfDNA)-fragmenter, 1.9 ganger for pasientspesifikk tumorvariant ctDNA og 5.6 ganger for ctDNA med TERT-mutasjoner (som er tilstede hos mer enn halvparten av glioblastompasienter) og assosiert med dårlige behandlingsresultater).

Studien bekreftet også at prosedyren var trygg og ikke skadet hjernevev. Under FUS-sonikering viste pasientene ingen signifikante svingninger i vitale tegn, og det var ingen bivirkninger. Tumorprøver samlet under operasjonen viste ingen mikroblødning eller strukturelle endringer mellom sonikerte og ikke-sonikerte områder.

Forskerne konkluderer med at arbeidet deres "markerer en avgjørende første milepæl i å demonstrere gjennomførbarheten og sikkerheten til sonobiopsi hos pasienter med høygradig gliom". De påpeker at selv om denne studien ble utført på en operasjonsstue før operasjonen, er operasjonsmiljøer og anestesi ikke avgjørende, og sonobiopsi kan brukes på en klinikk eller ved en pasients sykehusseng.

"Med denne evnen til å ikke-invasivt, ikke-destruktivt få tilgang til alle deler av hjernen, kan vi nå få genetisk informasjon fra svulster på alle stadier av pasientbehandlingen, alt fra tumordiagnose til behandlingsovervåking og påvisning av tilbakefall," sier Chen. "Vi kan nå begynne å avhøre sykdommer som tradisjonelt ikke gjennomgår kirurgiske biopsier, for eksempel nevroutvikling, nevrodegenerative og psykiatriske lidelser."

Studien er beskrevet i npj Presisjonsonkologi.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden