无创、基于超声的脑活检是可行的，对人是安全的

血脑屏障是身体保护敏感脑组织免受血液中病毒、毒素和其他有害物质侵害的方式，可能会给护理疑似脑部疾病（如癌症）患者的医生带来问题。分子和遗传信息对于确认诊断和指导治疗决策非常宝贵，但这些分子通常被屏障限制在大脑中。神经外科医生常规进行外科脑活检以获取脑肿瘤的数据，但这种手术存在风险，并非适用于所有肿瘤或许多其他类型的脑部疾病。

圣路易斯华盛顿大学的研究人员开发了一种解剖学上精确的技术，称为声活检，该技术使用超声波和微泡暂时破坏屏障，并允许来自大脑的RNA，DNA和蛋白质溢出到血液中，在那里可以检测和分析它们。研究人员开发并先前在动物身上测试了这项技术。在NPJ Precision Oncology杂志上在线发表的一项新研究中，他们表明该技术在人身上使用是可行和安全的，并且可以为疑似脑肿瘤和其他脑部疾病的无创活检打开大门。

“磁共振成像（MRI）在1980年代和90年代通过允许对大脑进行结构和功能成像，彻底改变了脑部疾病诊断领域，”该论文的共同资深作者，该技术的共同发明人Eric C. Leuthardt博士说。Leuthardt是黄世辉神经外科教授，医学院神经科学教授，麦凯维工程学院生物医学工程和机械工程教授。“超声活检是第三次革命，分子革命。通过这种技术，我们可以获得反映大脑病变部位的基因表达和分子特征的血液样本。这就像在没有脑部手术危险的情况下进行脑活检。

该技术由Leuthardt和Hong Chen博士率先提出，他是McKelvey Engineering生物医学工程和医学院神经外科副教授。Leuthardt是神经外科神经技术部的主任，Chen是神经外科的成员，该部门专注于密集的多学科研究，以创建可以转化为神经系统疾病患者的创新工程解决方案。华盛顿大学拥有超声活检技术的专利。

该过程的工作原理是使用聚焦超声以毫米级精度瞄准大脑中的病变，然后将微气泡注入血液。微气泡传播到目标点，然后爆裂，撕裂血脑屏障上的小孔，这些孔在几个小时内关闭，不会留下持久的损害。这个时间窗口足够长，让病变中的生物分子逃逸到血液中，在那里它们可以通过普通抽血收集。

“我们基本上已经启动了一个新的大脑疾病研究领域，”该论文的另一位共同资深作者，该技术的共同发明人陈说。“有了这种非侵入性，非破坏性地进入大脑每个部分的能力，我们可以在手术之前获得肿瘤的遗传信息，这将有助于神经外科医生确定如何最好地进行手术。如果他们在成像上看到可疑的东西，他们可以确认肿瘤是否复发。我们现在可以开始询问没有进行手术活检的疾病，例如神经发育，神经退行性和精神疾病。

到目前为止，研究人员一直在使用与MRI扫描仪集成的商用超声设备。该设置价格昂贵，并且仅限于可以访问MRI扫描的空间。为了简化手术，Chen的团队创建了一个便携式手持式超声探头，并将其连接到神经外科医生经常使用的立体定向指针上，以查明脑损伤。该设备被集成到临床工作流程中，无需对神经外科医生进行额外培训。

“它非常易于使用，”Leuthardt说。“我们在这项研究的手术室中使用它，但它可以在诊所或病人的病床边使用。这是朝着实现高级诊断的民主化迈出的一步。我们可以询问患者的大脑，而且我们不需要高科技，数百万美元的扫描仪来做到这一点。

使用这种设备，研究人员对五名脑肿瘤患者进行了超声活检。然后，根据护理标准手术切除肿瘤。与Chen和Leuthardt一起，研究团队包括共同第一作者，研究科学家Jinyun Yuan博士;以及麦凯维工程学院生物医学工程系的研究生徐璐和Chih-Yen Chien。

对超声处理前后采集的血液样本的分析表明，该技术将循环肿瘤DNA增加了1.6倍至5.6倍，具体取决于分析的特定DNA类型。循环肿瘤DNA包含有关患者肿瘤遗传改变的重要信息，这些信息决定了肿瘤的治疗积极程度。此外，没有脑组织受损的迹象，表明该程序是安全的。

Chen和Leuthardt在2018年发表了他们的第一篇描述超声活检的论文，该技术的潜力很快被认可。

“已经有多个站点在世界各地的临床试验中评估超声活检，”陈说。“在我最近参加的一次会议上，有一整次会议专门讨论超声活检。这个项目体现了团队科学。自2018年引入超声活检的概念以来，直到这项临床研究的发表，这一直是几位研究人员的共同努力。

共同作者Katherine E. Schwetye，医学博士，博士，病理学和免疫学副教授;Umeshkumar Athiraman，医学博士，麻醉学副教授;Aadel A. Chaudhuri，医学博士，博士，放射肿瘤学助理教授;Arash Nazeri，医学博士，放射学助理教授;医学博士Rupen Desai是医学院神经外科的住院医师，自成立以来一直参与开发超声活检的概念。

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Yuan J， 徐 L， 钱 CY， 杨 Y， 岳 Y， 法德拉 S， 斯塔克 AH， 施韦蒂 KE， 纳泽里 A， 德赛 R， 阿蒂拉曼 U， 乔杜里 AA， 陈 H， 洛伊特哈特 EC. 使用神经导航引导的聚焦超声对高级别胶质瘤患者进行声波活检的首次人体前瞻性试验。NPJ精准肿瘤学。九月 26， 2023.DOI： 10.1038/s41698-023-00448-y

这项工作得到了美国国立卫生研究院（NIH）的支持，批准号为R01CA276174，R01MH116981，UG3MH126861，R01EB027223，R01EB030102和R01NS128461。

Leuthardt和Chen是圣路易斯华盛顿大学提交的关于声波活检技术（US11667975B2）的美国专利的发明人，该技术涵盖了使用聚焦超声进行无创和局部脑液活检的整体方法和系统。Leuthardt和Chen担任Cordance Medical Inc.的顾问和股东，该公司参与了超声活检技术的商业化。这种关系不影响所提出的研究的设计、执行或解释。利益冲突由圣路易斯的华盛顿大学严格管理。其他作者声明没有竞争利益。

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