A barreira hematoencefálica, a forma como o corpo protege o tecido cerebral sensível de vírus, toxinas e outras substâncias nocivas no sangue, pode representar um problema para os médicos que cuidam de pacientes com suspeita de doenças cerebrais, como o câncer.

A informação molecular e genética seria inestimável para confirmar um diagnóstico e orientar as decisões de tratamento, mas tais moléculas estão normalmente confinadas ao cérebro pela barreira. Os neurocirurgiões realizam rotineiramente biópsias cerebrais cirúrgicas para obter esses dados sobre tumores cerebrais , mas tais procedimentos apresentam riscos e não são viáveis para todos os tumores ou para muitos outros tipos de doenças cerebrais.

Pesquisadores da Universidade de Washington em St. Louis desenvolveram uma técnica anatomicamente precisa chamada sonobiópsia que usa ultrassom e microbolhas para romper temporariamente a barreira e permitir que RNA, DNA e proteínas do cérebro se espalhem para o sangue, onde podem ser detectados e analisados. .

Os pesquisadores desenvolveram e testaram previamente a técnica em animais. Num novo estudo, disponível online na revista npj Precision Oncology , eles mostraram que a técnica é viável e segura para uso em pessoas e pode abrir a porta para biópsias não invasivas para suspeita de tumores cerebrais e outras doenças cerebrais .

"A ressonância magnética (MRI) revolucionou o campo do diagnóstico de doenças cerebrais nas décadas de 1980 e 1990, permitindo imagens estruturais e funcionais do cérebro", disse Eric C. Leuthardt, MD, coautor sênior do artigo e coautor - inventor da tecnologia. Leuthardt é professor de neurocirurgia Shi Hui Huang e professor de neurociência na Faculdade de Medicina e professor de engenharia biomédica e de engenharia mecânica na Escola de Engenharia McKelvey.

"A sonobiópsia é a terceira revolução, a revolução molecular. Com esta técnica, podemos obter uma amostra de sangue que reflete a expressão genética e as características moleculares no local de uma lesão no cérebro. É como fazer uma biópsia cerebral sem os perigos de cirurgia cerebral."

A técnica foi iniciada por Leuthardt e Hong Chen, Ph.D., professor associado de engenharia biomédica na McKelvey Engineering e de neurocirurgia na Faculdade de Medicina. Leuthardt é diretor e Chen membro da Divisão de Neurotecnologia do Departamento de Neurocirurgia, que se concentra em pesquisas intensamente multidisciplinares para criar soluções de engenharia inovadoras que possam ser traduzidas em pacientes com doenças neurológicas. A Universidade de Washington possui uma patente sobre a tecnologia de sonobiópsia.

O procedimento funciona usando ultrassom focalizado para atingir uma lesão no cérebro com precisão em escala milimétrica, seguido pela injeção de microbolhas na corrente sanguínea. As microbolhas viajam até o local alvo e depois estouram, abrindo pequenos buracos na barreira hematoencefálica que se fecham em poucas horas, sem deixar danos permanentes. Essa janela de tempo é longa o suficiente para que as biomoléculas da lesão escapem para o sangue, onde podem ser coletadas com uma coleta de sangue comum.

“Essencialmente, iniciamos um novo campo de estudo para as condições cerebrais”, disse Chen, o outro coautor sênior do artigo e coinventor da tecnologia.

“Com esta capacidade de acessar de forma não invasiva e não destrutiva todas as partes do cérebro, podemos obter informações genéticas sobre tumores antes de iniciar a cirurgia, o que ajudaria um neurocirurgião a determinar a melhor forma de abordar a cirurgia. confirmar se um tumor é recorrente ou não. Podemos agora começar a interrogar doenças para as quais não são feitas biópsias cirúrgicas, como distúrbios do neurodesenvolvimento, neurodegenerativos e psiquiátricos”.

Até agora, os pesquisadores têm usado um aparelho de ultrassom disponível comercialmente integrado a um scanner de ressonância magnética. A configuração é cara e limitada a espaços com acesso à ressonância magnética. Para simplificar o procedimento, a equipe de Chen criou uma sonda de ultrassom portátil e a conectou a um ponteiro estereotáxico rotineiramente usado por neurocirurgiões para localizar lesões cerebrais. O dispositivo foi integrado ao fluxo de trabalho clínico sem exigir treinamento adicional dos neurocirurgiões.

“É muito fácil de usar”, disse Leuthardt. "Nós o usamos na sala de cirurgia para este estudo, mas ele poderia ser usado em uma clínica ou à beira do leito de um paciente no hospital. É um passo em direção à democratização do acesso a diagnósticos avançados. Podemos interrogar o cérebro dos pacientes e não precisamos de um scanner de alta tecnologia e multimilionário para fazer isso."

Usando este dispositivo, os pesquisadores realizaram sonobiópsias em cinco pessoas com tumores cerebrais. Em seguida, os tumores foram removidos cirurgicamente de acordo com o padrão de atendimento.

A análise de amostras de sangue colhidas antes e depois da sonicação mostrou que a técnica aumentou o DNA tumoral circulante de 1,6 a 5,6 vezes, dependendo do tipo específico de DNA analisado. O DNA tumoral circulante contém informações vitais sobre as alterações genéticas no tumor de um paciente que determinam a agressividade com que o tumor deve ser tratado. Além disso, não houve sinais de danos ao tecido cerebral, indicando que o procedimento é seguro.

Chen e Leuthardt publicaram seu primeiro artigo descrevendo a sonobiópsia em 2018, e o potencial da técnica foi rapidamente reconhecido.

“Já existem vários locais avaliando a sonobiópsia em ensaios clínicos em todo o mundo”, disse Chen. "Numa conferência em que participei recentemente, houve uma sessão inteira dedicada à sonobiópsia. Este projeto exemplifica a ciência de equipa. Desde a introdução do conceito de sonobiópsia em 2018, até à publicação deste estudo clínico, tem sido um esforço conjunto envolvendo vários investigadores ."