Метод фокусированного ультразвука позволяет легко диагностировать болезнь Альцгеймера

Некоторые прогрессирующие нейродегенеративные расстройства, включая болезнь Альцгеймера (БА), определяются наличием тау-белков в головном мозге. Исследователи стремятся определить механизмы, лежащие в основе этих тау-белков, для разработки новых методов лечения, однако их усилиям по обнаружению биомаркеров в крови препятствует защитный гематоэнцефалический барьер.

Новое исследование, проведенное в лаборатории Хун Чена (Hong Chen), профессора биомедицинской инженерии в Инженерной школе Маккелви (McKelvey School of Engineering), показало, что с помощью жидкостной биопсии, опосредованной сфокусированным ультразвуком, в мышиной модели в кровь было выпущено больше тау-белков и другого биомаркера, чем без вмешательства. По словам исследователей, этот неинвазивный метод  способен заметно облегчить диагностику нейродегенеративных заболеваний.

В методе, известном как сонобиопсия, используется сфокусированный ультразвук для точного определения местоположения в мозге. После обнаружения исследователи вводят  в кровь микропузырьки, перемещающиеся к ткани, на которую направлен ультразвук. Микропузырьки пульсируют, что безопасно открывает гематоэнцефалический барьер. Временные отверстия позволяют биомаркерам, таким как тау-белки и белок легкой цепи нейрофиламента (neurofilament light chain protein, NfL), указывающим на нейродегенеративные расстройства, проходить через гематоэнцефалический барьер и попадать в кровь.

Работа выполнялась совместно с Арашем Назери (Arash Nazeri), доктором медицины, профессором радиологии в Институте радиологии им. Маллинкродта Медицинской школы (School of Medicine’s Mallinckrodt Institute of Radiology, MIR) и рядом других авторитетных ученых. 

Результаты работы, впервые открывшей двери для инновационной неинвазивной и целенаправленной диагностики и мониторинга нейродегенеративных заболеваний с помощью жидкостной биопсии, опосредованной сфокусированным ультразвуком, опубликованы в научном журнале «Радиология».

Эта команда несколько лет работала над техникой сонобиопсии — сначала с биомаркерами рака головного мозга человека в доклинических моделях. Другие методы жидкостной биопсии, используемые для обнаружения биомаркеров нейродегенеративных заболеваний, имеют множество недостатков, в том числе отсутствие анатомической информации о месте высвобождения белка, быстрое очищение от жидкостей и процесс фильтрации через гематоэнцефалический барьер. Чен отметил, что сонобиопсия — это новый метод, способный решить эти и другие проблемы.

В новом исследовании команда сначала взяла образцы крови у молодых мышей с аномальными тау-белками в головном мозге или таупатией, получавших либо сонобиопсию, либо фиктивное лечение. Они обнаружили, что сонобиопсия привела к 1,7-кратному увеличению нормализованного уровня фосфорилированного тау-белка pTau-181 и 1,4-кратному увеличению нормализованного уровня pTau-231 по сравнению с контрольной группой мышей, которым не проводили сонобиопсию. В последующем исследовании они выполнили целевую сонобиопсию, нацеливаясь на гиппокамп либо на кору головного мозга на ранних стадиях нейродегенеративной модели таупатии, и взяли образцы крови до и после сонобиопсии. Целевая сонобиопсия привела к 2,3-кратному увеличению белка NfL, вторичного биомаркера нейродегенеративных заболеваний, у обработанных мышей сравнительно с контрольной группой.

«В нашем исследовании мы стремились определить, способна ли сонобиопсия высвобождать фосфорилированные виды тау и NfL в кровоток, открывая гематоэнцефалический барьер», — сказал Чен в своем интервью, — «Было продемонстрировано, что сонобиопсия значительно увеличивает выброс белков pTau и вторичного маркера нейродегенерации в кровоток для неинвазивной диагностики нейродегенеративных заболеваний».

Назери обратил внимание, что таупатии, такие как БА, во многом похожи на опухоли головного мозга: «В то время, как поведение опухоли головного мозга и ответ на лечение определяются специфическими мутациями, которые они содержат, тау-белок демонстрирует большую гетерогенность в характере фосфорилирования, а также других посттрансляционных модификациях».

«Существующая ПЭТ-визуализация и недавно разработанные биомаркеры плазмы позволяют обнаруживать таупатии даже на ранних стадиях. Сонобиопсия потенциально может сыграть роль в дальнейшей характеристике специфических штаммов тау-белка, присутствующих в мозге, для индивидуального лечения людей с БА и другими таупатиями», — сказал Назери. 

В дальнейшем команда изучит качественные эффекты сонобиопсии на биомаркеры плазмы, охарактеризует влияние параметров сфокусированного ультразвука и определит оптимальное время сбора крови, а также выяснит, как можно применять сонобиопсию для высвобождения более крупных белковых биомаркеров головного мозга.

Источник: https://www.eurekalert.org/

1.02.2023