Хонг Чен, биомедицинский инженер, и Эрик К. Лойтхардт, доктор медицины, нейрохирург, возглавили команду инженеров, врачей и исследователей, которые разработали новаторский, проверенный метод, позволяющий биомаркерам опухоли головного мозга проходить через прочный гематоэнцефалический барьер в кровь пациента с помощью неинвазивного сфокусированного ультразвука и нескольких крошечных пузырьков, что потенциально устраняет необходимость в хирургической биопсии.Чен, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Школе инженерии Прикладная наука и радиационная онкология в Школе медицины заявили, что, хотя исследователи уже узнали, как доставить лекарство через гематоэнцефалический барьер в мозг через кровоток, никто — до сих пор — не нашел способа высвобождения опухолеспецифические биомаркеры — в данном случае информационная РНК (мРНК) — из мозга в кровь.
«Я вижу четкий путь для клинического воплощения этой техники», — сказал Чен, эксперт в области ультразвуковых технологий. «Жидкая биопсия на основе крови использовалась при других формах рака, но не в мозге. Предлагаемый нами метод может сделать возможным проведение анализа крови для пациентов с раком мозга».Анализ крови покажет количество мРНК в крови, что даст врачам конкретную информацию об опухоли, которая может помочь в диагностике и вариантах лечения.Результаты исследования, в котором сочетаются визуализация, механобиология, геномика, иммунология, биоинформатика, онкология, радиология и нейрохирургия, опубликованы в Scientific Reports 26 апреля 2018 г.
Чен; Лейтхардт, профессор неврологической хирургии медицинского факультета; и исследователи из инженерных и медицинских школ проверили свою теорию на мышиной модели, используя два разных типа смертельной опухоли мозга глиобластомы. Они нацелены на опухоль с помощью сфокусированного ультразвука, метода, который использует ультразвуковую энергию для воздействия на ткани глубоко в теле без разрезов или радиации.
Подобно увеличительному стеклу, которое может фокусировать солнечный свет на крошечную точку, сфокусированный ультразвук концентрирует ультразвуковую энергию до крошечной точки глубоко в мозгу.Получив цель — в данном случае опухоль головного мозга — исследователи ввели микропузырьки, которые перемещаются по крови подобно эритроцитам. Когда микропузырьки достигают цели, они лопаются, вызывая крошечные разрывы гематоэнцефалического барьера, который позволяет биомаркерам опухоли мозга проходить через барьер и попадать в кровоток. Образец крови может определить биомаркеры опухоли.
Этот метод может привести к персонализированной медицине.«Во многих отношениях это было святым Граалем для терапии опухолей головного мозга», — сказал Лойтхардт. «Возможность постоянно отслеживать изменяющиеся молекулярные события опухоли позволяет нам не только лучше диагностировать опухоль в головном мозге, но и отслеживать ее реакцию на различные виды лечения».
«Как только гематоэнцефалический барьер открыт, врачи могут доставлять лекарства к опухоли головного мозга», — сказал Чен. «Врачи также могут собирать кровь и определять уровень экспрессии биомаркеров у пациента. Это позволяет им выполнять молекулярные характеристики опухоли головного мозга на основе анализа крови и направлять выбор лечения для отдельных пациентов».Кроме того, Гэвин Данн, доктор медицинских наук, доцент нейрохирургии, соавтор и лидер в области иммунобиологии рака, планирует использовать эту технику с иммунотерапией, которая предлагает точное лечение, нацеленное на конкретные биомаркеры в головном мозге.
«Этот неинвазивный метод жидкой биопсии с использованием фокусированного ультразвука может быть полезен для долгосрочного мониторинга реакции на лечение рака мозга, когда повторные хирургические биопсии ткани могут быть невозможны», — сказал Чен. «Между тем, вариации внутри опухолей представляют собой серьезную проблему для исследования биомаркеров рака. Сфокусированный ультразвук может точно нацеливать на разные места опухоли, тем самым вызывая высвобождение биомаркеров в пространственно-локализованном виде и позволяя нам лучше понять пространственные вариации опухоли. и разработать лучшее лечение ».Команда продолжает работать над усовершенствованием процесса.
В будущем потребуется интеграция с передовым геномным секвенированием и биоинформатикой, чтобы сделать диагностику еще более точной. Этими усилиями руководят соавторы, доцент медицины Аллегра Петти и доцент кафедры радиационной онкологии Сяовей Ван.
«Наша текущая работа — оптимизировать методику и оценить ее чувствительность и безопасность», — сказал Чен.