La tecnología, que logra una resolución unicelular, podría ayudar en la evaluación continua y no invasiva del paciente para guiar los tratamientos médicos.
Investigadores del MIT han desarrollado un dispositivo de monitoreo médico no invasivo lo suficientemente potente como para detectar células individuales dentro de los vasos sanguíneos, pero lo suficientemente pequeño como para usarlo como un reloj de pulsera. Un aspecto importante de este dispositivo portátil es que puede permitir el monitoreo continuo de las células circulantes en el cuerpo humano.
La tecnología fue presentada en línea el 3 de marzo por la revista npj Biosensing y está disponible en la versión impresa de los diarios.
El dispositivo — llamado CircTrek — fue desarrollado por investigadores del grupo de investigación Nano-Cybernetic Biotrek, dirigido por Deblina Sarkar, profesora asistente en el MIT y AT&T Career Development Chair en el MIT Media Lab. Esta tecnología podría facilitar en gran medida el diagnóstico temprano de la enfermedad, la detección de la recaída de la enfermedad, la evaluación del riesgo de infección y la determinación de si un tratamiento de la enfermedad está funcionando, entre otros procesos médicos.
Mientras que los análisis de sangre tradicionales son como una instantánea de la condición de un paciente, CircTrek fue diseñado para presentar una evaluación en tiempo real, mencionada en el npj Biosensing el papel como haber sido “un objetivo no cumplido hasta la fecha.” Una tecnología diferente que ofrece monitoreo de células en el torrente sanguíneo con cierta continuidad, citometría de flujo in vivo, “requiere un microscopio del tamaño de una habitación, y los pacientes deben estar allí durante mucho tiempo,” dice Kyuho Jang, estudiante de doctorado en el laboratorio de Sarkarars.
CircTrek, por otro lado, que está equipado con un módulo Wi-Fi a bordo, incluso podría monitorear las células circulantes de los pacientes en el hogar y enviar esa información al médico o equipo de atención del paciente.
“CircTrek ofrece un camino para aprovechar la información previamente inaccesible, permitir tratamientos oportunos y respaldar decisiones clínicas precisas con datos en tiempo real,” dice Sarkar. “Las tecnologías existentes proporcionan un monitoreo que no es continuo, lo que puede llevar a la falta de ventanas de tratamiento críticas. Superamos este desafío con CircTrek.”
El dispositivo funciona dirigiendo un rayo láser enfocado para estimular las células debajo de la piel que han sido marcadas con fluorescencia. Dicho etiquetado se puede lograr con una serie de métodos, incluida la aplicación de tintes fluorescentes basados en anticuerpos a las células de interés o la modificación genética de dichas células para que expresen proteínas fluorescentes.
Por ejemplo, un paciente que recibe terapia con células T CAR, en la que las células inmunes se recolectan y modifican en un laboratorio para combatir el cáncer (o, experimentalmente, para combatir el VIH o Covid-19), podría tener esas células etiquetadas al mismo tiempo con tintes fluorescentes o modificación genética para que las células expresen proteínas fluorescentes. Es importante destacar que las células de interés también se pueden etiquetar con métodos de etiquetado in vivo aprobados en humanos. Una vez que las células están etiquetadas y circulan en el torrente sanguíneo, CircTrek está diseñado para aplicar pulsos láser para mejorar y detectar la señal fluorescente cells’, mientras que una disposición de filtros minimiza el ruido de baja frecuencia, como los latidos del corazón.
“Optimizamos las partes optomecánicas para reducir el ruido significativamente y solo capturar la señal de las células fluorescentes,” dice Jang.
Al detectar las células T CAR marcadas, CircTrek podría evaluar si el tratamiento de terapia celular está funcionando. Como ejemplo, la persistencia de las células T CAR en la sangre después del tratamiento se asocia con mejores resultados en pacientes con linfoma de células B.
Para mantener CircTrek pequeño y portátil, los investigadores pudieron miniaturizar los componentes del dispositivo, como el circuito que impulsa la fuente láser de alta intensidad y mantiene estable el nivel de potencia del láser para evitar lecturas falsas.
El sensor que detecta las señales fluorescentes de las células etiquetadas también es diminuto y, sin embargo, es capaz de detectar una cantidad de luz equivalente a un solo fotón, dice Jang.
Los subcircuitos de dispositivos, incluido el controlador láser y los filtros de ruido, fueron diseñados a medida para caber en una placa de circuito que mide solo 42 mm por 35 mm, lo que permite que CircTrek tenga aproximadamente el mismo tamaño que un reloj inteligente.
CircTrek se probó en una configuración in vitro que simulaba el flujo sanguíneo debajo de la piel humana, y sus capacidades de detección de una sola célula se verificaron mediante conteo manual con un microscopio confocal de alta resolución. Para la prueba in vitro, se empleó un colorante fluorescente llamado Cianina5.5. Ese tinte en particular se seleccionó porque alcanza la activación máxima en longitudes de onda dentro de la ventana óptica de tejido de la piel, o el rango de longitudes de onda que pueden penetrar la piel con una dispersión mínima.
También se investigó la seguridad del dispositivo, en particular el aumento de la temperatura en el tejido cutáneo experimental causado por el láser. Se determinó que un aumento de 1.51 grados centígrados en la superficie de la piel estaba muy por debajo del calentamiento que dañaría el tejido, con un margen suficiente que incluso aumentaría el área de detección de dispositivos y su potencia, para garantizar que se pudiera permitir la observación de al menos un vaso sanguíneo de manera segura.
Si bien la traducción clínica de CircTrek requerirá pasos adicionales, Jang dice que sus parámetros pueden modificarse para ampliar su potencial, de modo que los médicos puedan recibir información crítica sobre casi cualquier paciente. MIT News. M. J. Traducido al español
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