Biopsia líquida mediada por ultrasonido focalizado facilita el diagnóstico de trastornos neurodegenerativos

Varios trastornos neurodegenerativos progresivos, incluida la enfermedad de Alzheimer, se definen por tener proteínas tau en el cerebro. Los investigadores están tratando de identificar los mecanismos detrás de estas proteínas tau para desarrollar tratamientos, aunque su intento para detectar biomarcadores en la sangre se ha visto obstaculizado por la barrera protectora hematoencefálica. Ahora, una nueva investigación encontró que el uso de una biopsia líquida mediada por ultrasonido focalizado en un modelo de ratón, liberó más proteínas tau y otro biomarcador en la sangre que sin la intervención. Este método no invasivo podría ayudar al diagnóstico de trastornos neurodegenerativos, según los investigadores.

Los resultados de la nueva investigación realizada por investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis (St. Louis, MO, EUA) son los primeros en allanar el camino para el diagnóstico y el monitoreo no invasivos y específicos de los trastornos neurodegenerativos mediante la biopsia líquida mediada por ultrasonido focalizado. Usando ultrasonido focalizado, el método, conocido como sonobiopsia, apunta a una ubicación precisa en el cerebro. Una vez localizados, los investigadores inyectan microburbujas en la sangre que viajan al tejido objetivo del ultrasonido y pulsan, lo que abre la barrera hematoencefálica de manera segura. Las aberturas temporales permiten que biomarcadores como las proteínas tau y la proteína de cadena ligera de neurofilamento (NfL), ambos indicativos de trastornos neurodegenerativos, atraviesen la barrera hematoencefálica y se liberen en la sangre.

En la nueva investigación, el equipo obtuvo muestras de sangre de ratones jóvenes con proteínas tau anormales en el cerebro, o tauopatía, que recibieron una sonobiopsia o un tratamiento simulado. Descubrieron que la sonobiopsia condujo a un aumento de 1,7 veces en los niveles de proteína tau pTau-181 fosforilada normalizada y a un aumento de 1,4 veces en la pTau-231 normalizada en comparación con el grupo de ratones de control que no se había sometido a una sonobiopsia. En un estudio de seguimiento, los investigadores realizaron una sonobiopsia dirigida al hipocampo o la corteza cerebral en las primeras etapas neurodegenerativas del modelo de tauopatía y obtuvieron muestras de sangre antes y después de realizar la sonobiopsia. La sonobiopsia dirigida condujo a un aumento de 2,3 veces en la proteína NfL, un biomarcador secundario de enfermedades neurodegenerativas, en los ratones tratados en comparación con el grupo de control.

Otros métodos de biopsia líquida utilizados para detectar biomarcadores de trastornos neurodegenerativos plantean varios desafíos, como la falta de información anatómica sobre la ubicación de la liberación de proteínas, la eliminación rápida de los fluidos y un proceso de filtración por la barrera hematoencefálica. La sonobiopsia es una técnica emergente que promete abordar estos y otros desafíos. En el futuro, los investigadores planean examinar los efectos cualitativos de la sonobiopsia en los biomarcadores de plasma y caracterizar los efectos de los parámetros de ultrasonido focalizado. También determinarán un tiempo óptimo de recolección de sangre y cómo se puede aplicar la sonobiopsia para liberar biomarcadores de proteínas derivados del cerebro más completos.

"En nuestro estudio de prueba de concepto, buscamos determinar si la sonobiopsia puede liberar especies de tau fosforiladas y NfL en el torrente sanguíneo al abrir la barrera hematoencefálica", dijo Hong Chen, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Facultad de Ingeniería McKelvey y de oncología radioterápica en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis. "Esta demostración mostró que la sonobiopsia mejoró significativamente la liberación de proteínas pTau y un marcador secundario de neurodegeneración en el torrente sanguíneo para el diagnóstico no invasivo de enfermedades neurodegenerativas".

"Si bien el comportamiento de los tumores cerebrales y la respuesta al tratamiento están dictados por las mutaciones específicas que albergan, la proteína tau muestra una gran heterogeneidad en el patrón de fosforilación, así como otras modificaciones postraslacionales", agregó el coautor principal Arash Nazeri, MD, asistente profesor de radiología en el Instituto de Radiología Mallinckrodt (MIR) de la Facultad de Medicina. “Las imágenes de PET actuales y los biomarcadores de plasma desarrollados recientemente son sensibles para detectar tauopatías incluso en etapas tempranas. La sonobiopsia podría potencialmente desempeñar un papel para caracterizar aún más las cepas específicas de la proteína tau presentes en el cerebro para el tratamiento personalizado de las personas con enfermedad de Alzheimer y otras tauopatías”.

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Universidad de Washington en St. Louis