Vários distúrbios neurodegenerativos progressivos, incluindo a doença de Alzheimer, são definidos pela presença de proteínas tau no cérebro. Os pesquisadores estão tentando identificar os mecanismos por trás dessas proteínas tau para desenvolver tratamentos, no entanto, seus esforços para detectar biomarcadores no sangue foram dificultados pela barreira hematoencefálica protetora.
Na Universidade de Washington em St. Louis, uma nova pesquisa do laboratório de Hong Chen, professor associado de engenharia biomédica na McKelvey School of Engineering e de oncologia de radiação na School of Medicine, e colaboradores descobriram que o uso de biópsia líquida mediada por ultrassom focado em um modelo de camundongo liberou mais proteínas tau e outro biomarcador no sangue do que sem a intervenção. Este método não invasivo pode facilitar o diagnóstico de distúrbios neurodegenerativos, disseram os pesquisadores.
O método, conhecido como sonobiópsia, usa ultrassom focalizado para atingir uma localização precisa no cérebro. Uma vez localizados, os pesquisadores injetam microbolhas no sangue que viajam até o tecido alvo do ultrassom e pulsam, abrindo com segurança a barreira hematoencefálica. As aberturas temporárias permitem que biomarcadores, como proteínas tau e proteína de cadeia leve de neurofilamento (NfL), ambos indicativos de distúrbios neurodegenerativos, passem pela barreira hematoencefálica e sejam liberados no sangue.
Chen se uniu ao co-autor sênior Arash Nazeri, MD, professor assistente de radiologia no Instituto de Radiologia Mallinckrodt da Escola de Medicina (MIR). Eles colaboraram com Tammie LS Benzinger, MD, PhD, professora de radiologia no MIR e professora de cirurgia neurológica e de biologia e ciências biológicas; Eric Leuthardt, MD, professor de neurocirurgia na Escola de Medicina e de engenharia biomédica na McKelvey Engineering; assim como o primeiro autor, Christopher Pham Pacia, que obteve um doutorado em engenharia biomédica pela Universidade de Washington no início deste ano; Jinyun Yuan, um cientista pesquisador do laboratório de Chen; e Yimei Yue, um técnico de pesquisa no laboratório de Chen.
Os resultados do trabalho, o primeiro a abrir as portas para diagnóstico não invasivo e direcionado e monitoramento de distúrbios neurodegenerativos com biópsia líquida mediada por ultrassom focalizado, foram publicados na revista Radiologia 31 de janeiro.
Chen, Leuthardt, Pacia e outros colaboradores trabalham na técnica de sonobiópsia há vários anos, primeiro com biomarcadores para câncer cerebral humano em modelos pré-clínicos. Outros métodos de biópsia líquida usados para detectar biomarcadores para distúrbios neurodegenerativos têm vários desafios, incluindo a falta de informações anatômicas sobre o local da liberação da proteína, eliminação rápida dos fluidos e um processo de filtragem pela barreira hematoencefálica. Chen disse que a sonobiópsia é uma técnica emergente com potencial para enfrentar esses e outros desafios.
Na nova pesquisa, a equipe primeiro coletou amostras de sangue de camundongos jovens com proteínas tau anormais no cérebro, ou tauopatia, recebendo sonobiópsia ou tratamento simulado. Eles descobriram que a sonobiópsia resultou em um aumento de 1,7 vezes nos níveis de proteína tau pTau-181 fosforilada normalizada e um aumento de 1,4 vezes na pTau-231 normalizada em comparação com o grupo de camundongos de controle que não tinha sonobiópsia. Em um estudo de acompanhamento, eles realizaram sonobiópsia direcionada visando o hipocampo ou o córtex cerebral nos estágios neurodegenerativos iniciais do modelo de tauopatia e coletaram amostras de sangue antes e depois da sonobiópsia. A sonobiópsia direcionada resultou em um aumento de 2,3 vezes na proteína NfL, um biomarcador secundário para doenças neurodegenerativas, nos camundongos tratados em comparação com o grupo controle.
“Em nosso estudo de prova de conceito, procuramos determinar se a sonobiópsia é capaz de liberar espécies de tau fosforiladas e NfL na corrente sanguínea, abrindo a barreira hematoencefálica”, disse Chen. “Esta demonstração mostrou que a sonobiópsia aumentou significativamente a liberação de proteínas pTau e um marcador secundário de neurodegeneração na corrente sanguínea para diagnóstico não invasivo de doenças neurodegenerativas”.
Nazeri disse que tauopatias, como a doença de Alzheimer, são semelhantes a tumores cerebrais.
“Embora o comportamento do tumor cerebral e a resposta ao tratamento sejam ditados pelas mutações específicas que eles abrigam, a proteína tau mostra grande heterogeneidade no padrão de fosforilação, bem como outras modificações pós-traducionais”, disse Nazeri. “A imagem PET atual e os biomarcadores de plasma recentemente desenvolvidos são sensíveis para detectar tauopatias mesmo em estágios iniciais. A sonobiópsia pode potencialmente desempenhar um papel para caracterizar ainda mais as cepas específicas da proteína tau presentes no cérebro para tratamento personalizado de pessoas com doença de Alzheimer e outras tauopatias. “
No futuro, a equipe examinará os efeitos qualitativos da sonobiópsia nos biomarcadores plasmáticos e caracterizará os efeitos dos parâmetros de ultrassom focalizados e determinará um tempo ideal de coleta de sangue, além de determinar como a sonobiópsia pode ser aplicada para liberar biomarcadores maiores de proteínas derivadas do cérebro.
Com informações de Science Daily.