聚焦超声技术导致神经退行性疾病生物标志物的释放

在圣路易斯华盛顿大学，来自McKelvey工程学院生物医学工程副教授和医学院放射肿瘤学副教授Hong Chen实验室的新研究发现，在小鼠模型中使用聚焦超声介导的液体活检比没有干预时释放更多的tau蛋白和另一种生物标志物进入血液。

研究人员说，这种非侵入性方法可以促进神经退行性疾病的诊断。

这种方法被称为声活检，使用聚焦超声来瞄准大脑中的精确位置。一旦找到，研究人员将微气泡注入血液中，这些微泡会传播到超声波靶向组织并进行脉动，从而安全地打开血脑屏障。

临时开口允许生物标志物，如tau蛋白和神经丝轻链蛋白(NfL)，两者都表明神经退行性疾病，通过血脑屏障并释放到血液中。

Chen与共同资深作者Arash Nazeri博士合作，他是医学院Mallinckrodt放射学研究所(MIR)的放射学助理教授。他们与 Tammie LS Benzinger，医学博士，博士，MIR 放射学教授、神经外科以及生物学和生物科学教授合作;Eric Leuthardt，医学博士，医学院神经外科教授和麦凯维工程学院生物医学工程教授;以及第一作者Christopher Pham Pacia，他今年早些时候获得了华盛顿大学生物医学工程博士学位;陈氏实验室的研究科学家袁缙云;以及陈某实验室的研究技术员岳一梅。

这项工作的结果首次为通过聚焦超声介导的液体活检对神经退行性疾病进行无创和靶向诊断和监测打开了大门，发表在31月<>日的《放射学》上。

Chen，Leuthardt，Pacia和其他合作者多年来一直在研究声溶活检技术，首先是在临床前模型中使用人类脑癌的生物标志物。

用于检测神经退行性疾病生物标志物的其他液体活检方法存在多重挑战，包括缺乏蛋白质释放位置的解剖学信息、液体中的快速清除以及血脑屏障的过滤过程。陈说，超声活检是一种新兴技术，有可能解决这些和其他挑战。

在这项新研究中，研究小组首先从大脑中tau蛋白异常或tauopathy的年轻小鼠身上采集血液样本，接受声波活检或假治疗。

他们发现，与未进行超声活检的对照组相比，超声活检导致标准化磷酸化pTau-1 tau蛋白水平增加7.181倍，标准化pTau-1增加4.231倍。

在一项后续研究中，他们通过在tauopathy模型的早期神经退行性阶段靶向海马或大脑皮层进行靶向声活检，并在声活检前后采集血液样本。与对照组相比，靶向超声活检导致治疗小鼠的NfL蛋白(神经退行性疾病的次要生物标志物)增加了2.3倍。

“在我们的概念验证研究中，我们试图确定超声活检是否能够通过打开血脑屏障将磷酸化的tau物种和NfL释放到血液中，”陈说。

“这一证明表明，超声活检显着增强了pTau蛋白和神经变性二级标志物释放到血液中，用于神经退行性疾病的非侵入性诊断。

纳泽里说，阿尔茨海默病等tau病类似于脑肿瘤。

“虽然脑肿瘤行为和治疗反应是由它们所包含的特定突变决定的，但tau蛋白在磷酸化模式以及其他翻译后修饰中显示出很大的异质性，”Nazeri说。

“目前的PET成像和最近开发的血浆生物标志物即使在早期阶段也能敏感地检测tau病。声波活检可能会发挥作用，进一步表征大脑中存在的tau蛋白的特定菌株，以便对阿尔茨海默病和其他tau病患者进行个性化治疗。

展望未来，该团队将检查超声活检对血浆生物标志物的定性影响，表征聚焦超声参数的影响，并确定最佳采血时间，以及确定如何应用声活检来释放更大的脑源性蛋白质生物标志物。