聚焦超声技术导致神经退行性疾病生物标志物的释放

包括阿尔茨海默病在内的几种进行性神经退行性疾病，都是由大脑中含有tau蛋白来定义的。研究人员正在寻求确定这些tau蛋白背后的机制，以开发治疗方法，然而，他们检测血液中生物标志物的努力受到了保护性血脑屏障的阻碍。

在圣路易斯的华盛顿大学，麦凯维工程学院生物医学工程副教授陈红的实验室进行了一项新研究放射肿瘤学在医学院，和合作者发现使用聚焦超声介导的液体活检在一个小鼠模型在血液中释放更多的tau蛋白和另一种生物标志物。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。

这种方法被称为超声活检，使用聚焦超声来定位大脑中的精确位置。一旦定位，研究人员将微泡注入血液，这些微泡会移动到超声靶向组织并脉动，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质(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与马林克罗特医学院放射学研究所(MIR)的放射学助理教授Arash Nazeri医学博士合作。他们与Tammie LS Benzinger合作，医学博士，MIR放射学教授，神经外科和生物学教授生物科学；Eric Leuthardt，医学博士，医学院神经外科教授和麦凯维工程生物医学工程教授;以及第一作者克里斯托弗·法姆·帕西亚，他获得了博士学位生物医学工程今年早些时候从华盛顿大学毕业;袁锦云(音)，陈实验室的研究科学家;以及陈实验室的研究技术员岳怡梅。

这项工作的结果，首次打开了用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的大门，发表在放射学1月31日。

Chen、Leuthardt、Pacia和其他合作者几年来一直在研究超声活检技术，首先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信息，从液体中快速清除和血脑屏障的过滤过程。陈说，超声活检是一项新兴技术，有潜力解决这些和其他挑战。

在这项新研究中，研究小组首先从患有异常糖尿病的年轻小鼠身上提取血液样本τ蛋白在大脑中，或陶状病变，接受超声活检或假治疗。他们发现，与未进行超声检查的对照组小鼠相比，超声检查导致标准化磷酸化ptau蛋白水平增加1.7倍，标准化ptau蛋白水平增加1.4倍。

在后续研究中，他们在牛头病模型的早期神经退行性病变阶段对海马或大脑皮层进行了定向超声检查，并在超声检查前后采集了血液样本。与对照组相比，靶向超声检查导致治疗小鼠的NfL蛋白增加了2.3倍，NfL蛋白是神经退行性疾病的二级生物标志物。

Chen说:“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。”“这一证明表明，超声检查显著增强了pTau蛋白的释放，这是神经退行性疾病的非侵入性诊断中神经退行性疾病的次要标记物。”

纳泽里说，阿尔茨海默病等牛头病与脑瘤类似。

Nazeri说:“虽然脑肿瘤的行为和治疗反应是由它们所携带的特定突变决定的，但tau蛋白在磷酸化模式以及其他翻译后修饰方面表现出巨大的异质性。”

“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到牛头病。声波活检可能在进一步表征大脑中tau蛋白的特定菌株方面发挥作用，从而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，研究小组将研究超声检查对血浆生物标志物的定性影响，描述聚焦超声参数的影响，确定最佳的采血时间，以及确定超声检查如何应用于释放更大的脑源性蛋白质生物标志物。