Ultraschall ermöglicht Hirnbiopsie ohne Operation

Bei Verdacht oder Vorliegen eines Gehirntumors sind molekulare und genetische Informationen wichtig, um die Diagnose zu bestätigen und Behandlungsentscheidungen zu treffen. Um diese Informationen zu erhalten, sind bislang chirurgische Hirnbiopsien notwendig. Forscher haben nun eine Technik entwickelt, um mit Ultraschall und Mikrobläschen die Blut-Hirn-Schranke vorübergehend zu öffnen, sodass RNA, DNA und Proteine aus dem Gehirn in das Blut austreten können.

„Die Magnetresonanztomographie (MRT) hat in den 1980er- und 1990er-Jahren die Diagnose von Hirnerkrankungen revolutioniert, indem sie die strukturelle und funktionelle Bildgebung des Gehirns ermöglichte“, sagte Dr. Eric C. Leuthardt, Co-Autor der Studie und Miterfinder der Technologie. Leuthardt ist Professor für Neurochirurgie und biomedizinische Technik, Maschinenbau und Neurowissenschaften an der Washington University in St. Louis, USA. „Die Sonobiopsie ist die molekulare Revolution. Mit dieser Technik können wir eine Blutprobe gewinnen, die die Genexpression und die molekularen Merkmale an der Stelle einer Läsion im Gehirn widerspiegelt. Das ist wie eine Hirnbiopsie ohne die Gefahren einer Hirnoperation.“

Bei dem Verfahren peilen die Forschenden mit fokussiertem Ultraschall eine Läsion im Gehirn millimetergenau an und injizieren anschließend Mikrobläschen in den Blutkreislauf. Die Mikrobläschen wandern zur Zielstelle und zerplatzen dann, wobei sie winzige Löcher in die Blut-Hirn-Schranke reißen, die sich innerhalb weniger Stunden schließen und keine bleibenden Schäden hinterlassen. Diese Zeitspanne reicht aus, um Biomoleküle aus der Läsion ins Blut entweichen zu lassen, wo sie mit einer normalen Blutabnahme gesammelt werden können.

„Mit der Fähigkeit, nichtinvasiv und zerstörungsfrei auf jeden Teil des Gehirns zuzugreifen, können wir genetische Informationen über Tumore erhalten, bevor wir operieren, was Neurochirurgen bei der OP-Planung helfen würde. Und wir können jetzt damit beginnen, Krankheiten zu untersuchen, bei denen keine chirurgischen Biopsien durchgeführt werden, wie neurologische Entwicklungsstörungen, neurodegenerative und psychiatrische Erkrankungen“, erklärte Hong Chen, PhD, assoziierter Professor für biomedizinische Technik und Neurochirurgie.

Bislang haben die Forscher ein handelsübliches Ultraschallgerät verwendet, das in einen MRT-Scanner integriert ist. Diese Einrichtung ist teuer und auf Orte mit Zugang zu einem MRT-Scanner beschränkt. Um das Verfahren zu vereinfachen, entwickelte das Team um Chen eine tragbare, handgehaltene Ultraschallsonde und befestigte sie an einem stereotaktischen Zeiger, der routinemäßig von Neurochirurgen zur Lokalisierung von Hirnläsionen verwendet wird. Das Gerät wurde in den klinischen Arbeitsablauf integriert, ohne dass die Neurochirurgen eine zusätzliche Schulung benötigen.

Mit diesem Gerät führten die Forscher bei fünf Personen mit Hirntumoren Sonobiopsien durch. Anschließend wurden die Tumore entsprechend dem Behandlungsstandard chirurgisch entfernt. Die Analyse von Blutproben, die vor und nach der Beschallung entnommen wurden, zeigte, dass die Technik die zirkulierende Tumor-DNA um das 1,6- bis 5,6-Fache erhöhte, je nachdem, welche spezifische Art von DNA analysiert wurde. Außerdem gab es keine Anzeichen für eine Schädigung des Hirngewebes, was darauf hindeutet, dass das Verfahren sicher ist.

Chen und Leuthardt veröffentlichten ihre erste Arbeit, in der sie die Sonobiopsie beschrieben, im Jahr 2018. “„Es gibt bereits mehrere Standorte, die die Sonobiopsie in klinischen Studien auf der ganzen Welt bewerten“, sagte Chen. „Auf einer Konferenz, an der ich kürzlich teilnahm, gab es eine ganze Sitzung, die der Sonobiopsie gewidmet war. Dieses Projekt ist ein Beispiel für Team-Wissenschaft. Seit der Einführung des Konzepts der Sonobiopsie im Jahr 2018 bis hin zur Veröffentlichung dieser klinischen Studie war es ein gemeinsames Unterfangen, an dem mehrere Forscher beteiligt waren.”