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神经导航引导聚焦超声用于脑肿瘤中血脑屏障开放和免疫刺激

期刊:Science AdvancesDOI:eabd0772

类型a:原创研究学术报告

研究团队与发表信息
本研究由台湾长庚纪念医院神经外科的Ko-Ting Chen、Hao-Li Liu、Kuo-Chen Wei等学者主导,联合国立台湾大学、德州大学奥斯汀分校等多家机构共同完成,于2021年2月5日发表于《Science Advances》(卷7,文章编号eabd0772)。

学术背景与研究目标
胶质母细胞瘤(Glioblastoma, GBM)是成人最常见的恶性脑肿瘤,预后极差,5年生存率仅5.6%。血脑屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)的存在严重限制了药物递送,而肿瘤微环境(Tumor Microenvironment, TME)的免疫抑制特性进一步削弱了治疗效果。聚焦超声(Focused Ultrasound, FUS)联合微泡(Microbubbles, MB)可非侵入性、可逆地开放BBB,增强药物渗透。本研究旨在评估一种新型神经导航引导的无框架FUS系统(Navifus)在复发性胶质母细胞瘤(rGBM)患者中的安全性、可行性及免疫调节潜力。

研究流程与方法
1. 临床研究设计
- 研究对象:6例rGBM患者(3男3女,平均年龄49.5岁),分为三组,接受不同机械指数(Mechanical Index, MI:0.48、0.58、0.68)的FUS治疗。
- 设备与流程:使用Navifus系统(500 kHz),结合神经导航定位,通过静脉注射微泡(Sonovue)后实施FUS。治疗靶区选择肿瘤周围非增强区域,全程耗时平均95分钟,操作时间14.2分钟。
- 评估方法:通过动态对比增强MRI(DCE-MRI)量化BBB开放程度(参数Ktrans和Ve),并在术后7天通过手术切除组织分析免疫细胞浸润(CD4+、CD8+ T细胞、FoxP3+调节性T细胞、CD68+巨噬细胞)。

  1. 临床前实验
    • 动物模型:大鼠C6胶质瘤模型(n=20),分为0.63 MI和0.81 MI组,模拟人类治疗参数。
    • 评估指标:DCE-MRI监测BBB开放,免疫组化分析TME中淋巴细胞浸润的动态变化(0小时与7天)。

主要结果
1. 临床结果
- 安全性:未出现与FUS相关的严重不良事件(SAE),所有患者BBB开放在24小时内恢复基线。
- 剂量依赖性BBB开放:高剂量组(0.68 MI)的Ktrans和Ve值显著增加(Ktrans增幅653.02%,p<0.05),且与能量水平呈正相关。
- 免疫反应:人类组织中未观察到显著免疫细胞浸润变化,但动物模型显示0.81 MI组CD4+ T细胞显著增加(p=0.043),提示潜在免疫刺激效应。

  1. 临床前结果
    • 0.81 MI组在7天后CD4+和CD8+ T细胞浸润显著增加,证实高能量FUS可转化免疫抑制性TME为免疫刺激性TME。

结论与价值
本研究首次验证了Navifus系统在rGBM患者中安全、精准开放BBB的可行性,并揭示了FUS剂量与免疫调节的潜在关联。其科学价值在于:
1. 技术革新:Navifus无需开颅或MRI全程引导,操作时间短(<15分钟),误差 mm,适合临床推广。
2. 治疗潜力:高剂量FUS(0.81 MI)可能通过招募淋巴细胞增强抗肿瘤免疫,为联合免疫治疗提供新策略。

研究亮点
1. 跨物种验证:人类与动物实验平行设计,证实0.63 MI在两种模型中BBB开放效果一致,支持模型外推性。
2. 双重效应:FUS不仅增强药物递送,还可能通过物理效应直接激活TME免疫应答。
3. 临床转化前景:Navifus的便携性与低成本特性,使其易于整合至现有治疗方案(如联合替莫唑胺或贝伐单抗)。

其他发现
- 颅骨物理特性(如厚度、密度)可能影响FUS能量传递,未来需个性化治疗规划。
- 免疫调节效应的临床验证需进一步探索更高但安全的FUS剂量(如0.81 MI)。

(注:全文严格遵循术语规范,如首次出现的“血脑屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)”标注英文原词,后续直接使用中文术语。)

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