Le sonobiopsie generano dati genetici e molecolari per informare le decisioni terapeutiche per le malattie cerebrali.
La barriera ematoencefalica, il modo in cui il corpo protegge il tessuto cerebrale sensibile da virus, tossine e altre sostanze nocive nel sangue, può rappresentare un problema per i medici che si prendono cura di pazienti con sospette malattie cerebrali come il cancro.
Le informazioni molecolari e genetiche sarebbero preziose per confermare una diagnosi e guidare le decisioni terapeutiche, ma tali molecole sono normalmente confinate nel cervello attraverso la barriera. I neurochirurghi eseguono abitualmente interventi chirurgici biopsie cerebrali per ottenere questi dati sui tumori al cervello, ma tali procedure comportano rischi e non sono fattibili per tutti i tumori o molti altri tipi di malattie cerebrali.
Lo studente laureato Lu Xu indossa un dispositivo progettato dagli ingegneri della Washington University di St. Louis, che indirizza le onde ultrasoniche verso punti precisi nel cervello. Tale targeting è il primo passo verso una sonobiopsia, una tecnica non invasiva inventata dai ricercatori della Washington University che utilizza ultrasuoni e microbolle per rilasciare biomolecole dai tumori cerebrali. Le biomolecole possono quindi essere raccolte tramite un prelievo di sangue, analizzate e utilizzate per orientare le decisioni terapeutiche. Xu fa parte di un gruppo di ricerca che ha dimostrato che la sonobiopsia è sicura e fattibile per l’uso nelle persone. Credito immagine: Hong Chen / Washington University di St. Louis
I ricercatori della Washington University di St. Louis hanno sviluppato una tecnica anatomicamente precisa chiamata sonobiopsia che utilizza ultrasuoni e microbolle per distruggere temporaneamente la barriera e consentire a RNA, DNA e proteine dal cervello di fuoriuscire nel sangue, dove possono essere rilevati e analizzati. .
I ricercatori hanno sviluppato e precedentemente testato la tecnica sugli animali. Un nuovo studio, disponibile online sulla rivista NPJ Precision Oncology, ha dimostrato che la tecnica è fattibile e sicura per le persone e potrebbe aprire la porta a biopsie non invasive per sospetti tumori cerebrali e altre malattie cerebrali.
“La risonanza magnetica (MRI) ha rivoluzionato il campo della diagnosi delle malattie cerebrali negli anni ’80 e ’90 consentendo l’imaging strutturale e funzionale del cervello”, ha affermato Eric C. Leuthardt, medico, co-autore senior dell’articolo e co-inventore della tecnologia. Leuthardt è il professore di neurochirurgia Shi Hui Huang e professore di neuroscienze presso la Facoltà di Medicina e professore di ingegneria biomedica e ingegneria meccanica presso la McKelvey School of Engineering.
“La sonobiopsia è la terza rivoluzione, la rivoluzione molecolare. Con questa tecnica possiamo ottenere un campione di sangue che riflette l’espressione genica e le caratteristiche molecolari nel sito di una lesione nel cervello. È come fare una biopsia cerebrale senza i pericoli della chirurgia cerebrale”.
La tecnica è stata sperimentata da Leuthardt e Hong Chen, dottorato di ricercaprofessore associato di ingegneria biomedica presso la McKelvey Engineering e di neurochirurgia presso la School of Medicine.
Leuthardt è il direttore e Chen membro della Divisione di Neurotecnologia del Dipartimento di Neurochirurgia, che si concentra su una ricerca intensamente multidisciplinare per creare soluzioni ingegneristiche innovative che possano essere tradotte in pazienti con malattie neurologiche. La Washington University possiede un brevetto sulla tecnologia della sonobiopsia.
La procedura funziona utilizzando ultrasuoni focalizzati per colpire una lesione nel cervello con precisione millimetrica, seguita dall’iniezione di microbolle nel flusso sanguigno.
Le microbolle viaggiano verso il punto mirato e poi scoppiano, creando minuscoli fori nella barriera ematoencefalica che si chiudono in poche ore, senza lasciare danni permanenti. Quella finestra di tempo è sufficientemente lunga perché le biomolecole della lesione possano fuoriuscire nel sangue, dove possono essere raccolte con un normale prelievo di sangue.
“Abbiamo essenzialmente avviato un nuovo campo di studio per le patologie cerebrali”, ha affermato Chen, l’altro co-autore senior dell’articolo e co-inventore della tecnologia.
“Con questa capacità di accedere in modo non invasivo e non distruttivo a ogni parte del cervello, possiamo ottenere informazioni genetiche sui tumori prima di procedere all’intervento chirurgico, il che aiuterebbe un neurochirurgo a determinare il modo migliore per affrontare l’intervento chirurgico.”
“Se vedono qualcosa di sospetto nell’imaging, potrebbero confermare se un tumore si sta ripresentando o meno. Ora possiamo iniziare a interrogarci sulle malattie per le quali non vengono eseguite biopsie chirurgiche, come i disturbi dello sviluppo neurologico, neurodegenerativi e psichiatrici”.
Finora i ricercatori hanno utilizzato un dispositivo a ultrasuoni disponibile in commercio integrato con uno scanner MRI. L’installazione è costosa e limitata agli spazi con accesso alla scansione MRI.
Per semplificare la procedura, il team di Chen ha creato una sonda ecografica portatile e l’ha collegata a un puntatore stereotassico utilizzato abitualmente dai neurochirurghi per individuare le lesioni cerebrali. Il dispositivo è stato integrato nel flusso di lavoro clinico senza richiedere ulteriore formazione per i neurochirurghi.
“È molto facile da usare”, ha detto Leuthardt. “Lo abbiamo utilizzato in sala operatoria per questo studio, ma potrebbe essere utilizzato anche in clinica o al capezzale del paziente in ospedale. È un passo avanti verso la democratizzazione dell’accesso alla diagnostica avanzata. Possiamo interrogare il cervello dei pazienti e non abbiamo bisogno di uno scanner multimilionario ad alta tecnologia per farlo”.
Utilizzando questo dispositivo, i ricercatori hanno eseguito sonobiopsie su cinque persone con tumori al cervello. Quindi, i tumori sono stati rimossi chirurgicamente secondo lo standard di cura. Insieme a Chen e Leuthardt, il gruppo di ricerca comprendeva co-primi autori Jinyun Yuan, dottore di ricerca, uno scienziato ricercatore; E Lu Xu E Chih-Yen Chienentrambi studenti laureati presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica della McKelvey Engineering.
L’analisi dei campioni di sangue prelevati prima e dopo la sonicazione ha mostrato che la tecnica ha aumentato il DNA tumorale circolante da 1,6 a 5,6 volte, a seconda del tipo specifico di DNA analizzato.
Il DNA tumorale circolante contiene informazioni vitali sulle alterazioni genetiche nel tumore di un paziente che determinano l’aggressività con cui il tumore deve essere trattato. Inoltre, non sono stati riscontrati segni di danni al tessuto cerebrale, il che indica che la procedura è sicura.
Chen e Leuthardt hanno pubblicato il loro primo articolo che descrive la sonobiopsia nel 2018 e il potenziale della tecnica è stato rapidamente riconosciuto.
“Esistono già diversi siti che valutano la sonobiopsia negli studi clinici in tutto il mondo”, ha affermato Chen.
“In una conferenza a cui ho partecipato di recente, c’era un’intera sessione dedicata alla sonobiopsia. Questo progetto esemplifica la scienza di squadra. Dall’introduzione del concetto di sonobiopsia nel 2018, fino alla pubblicazione di questo studio clinico, si è trattato di uno sforzo congiunto che ha coinvolto diversi ricercatori”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
