Dispositivo vestível rastreia células individuais na corrente sanguínea em tempo real

Pesquisadores do MIT desenvolveram um dispositivo de monitoramento médico não invasivo poderoso o suficiente para detectar células únicas nos vasos sanguíneos, mas pequenos o suficiente para usar como um relógio de pulso. Um aspecto importante desse dispositivo vestível é que ele pode permitir o monitoramento contínuo de células circulantes no corpo humano. A tecnologia foi relatada em Biossensing NPJ.

O dispositivo-nomeado Circtrek-foi desenvolvido por pesquisadores do Grupo de Pesquisa Nano-Cybernética Biotrek, liderada por Deblina Sarkar, professora assistente do MIT e presidente de desenvolvimento de carreira da AT&T no MIT Media Lab. Essa tecnologia pode facilitar bastante o diagnóstico precoce da doença, a detecção da recaída da doença, a avaliação do risco de infecção e a determinação de se um tratamento da doença está funcionando, entre outros processos médicos.

Enquanto os exames de sangue tradicionais são como um instantâneo da condição de um paciente, a Circtrek foi projetada para apresentar uma avaliação em tempo real, referida no Biossensing NPJ Artigo como tendo sido “uma meta não atendida até o momento”. Uma tecnologia diferente que oferece o monitoramento das células na corrente sanguínea com alguma continuidade, citometria de fluxo in vivo “, requer um microscópio do tamanho de uma sala, e os pacientes precisam estar lá por um longo tempo”, diz Kyuho Jang, Ph.D. aluno no laboratório de Sarkar.

A Circtrek, por outro lado, equipada com um módulo Wi-Fi a bordo, pode até monitorar as células circulantes de um paciente em casa e enviar essas informações para o médico ou a equipe de atendimento do paciente.

“A Circtrek oferece um caminho para aproveitar informações anteriormente inacessíveis, permitindo tratamentos oportunos e apoiando decisões clínicas precisas com dados em tempo real”, diz Sarkar. “As tecnologias existentes fornecem monitoramento que não é contínuo, o que pode levar à falta de janelas críticas de tratamento. Superamos esse desafio com a Circtrek”.

O dispositivo funciona direcionando um feixe de laser focado para estimular as células abaixo da pele que foram rotuladas com fluorescência. Essa marcação pode ser realizada com vários métodos, incluindo a aplicação de corantes fluorescentes à base de anticorpos às células de interesse ou modificando geneticamente essas células, de modo que elas expressam proteínas fluorescentes.

Por exemplo, um paciente que recebe terapia de células T do carro, na qual as células imunológicas são coletadas e modificadas em um laboratório para combater o câncer (ou, experimentalmente, combater o HIV ou o covid-19), pode ter essas células rotuladas ao mesmo tempo com corantes fluorescentes ou modificação genética, de modo que as células expressam proteínas fluorescentes.

É importante ressaltar que as células de interesse também podem ser rotuladas com métodos de rotulagem in vivo aprovados em humanos. Depois que as células são marcadas e circulando na corrente sanguínea, o Circtrek é projetado para aplicar pulsos a laser para melhorar e detectar o sinal fluorescente das células, enquanto um arranjo de filtros minimiza ruído de baixa frequência, como batimentos cardíacos.

“Otimizamos as peças optomecânicas para reduzir significativamente o ruído e capturar apenas o sinal das células fluorescentes”, diz Jang.

Detectando as células T de carro rotulado, a Circtrek pode avaliar se o tratamento da terapia celular está funcionando. Como exemplo, a persistência das células T do CAR no sangue após o tratamento está associada a melhores resultados em pacientes com linfoma de células B.

Para manter o Circtrek pequeno e o vestível, os pesquisadores conseguiram miniaturizar os componentes do dispositivo, como o circuito que aciona a fonte de laser de alta intensidade e mantém o nível de potência do laser estável para evitar leituras falsas.

O sensor que detecta os sinais fluorescentes das células marcadas também é minuto e, no entanto, é capaz de detectar uma quantidade de luz equivalente a um único fóton, diz Jang.

Os subcircuitos do dispositivo, incluindo o driver a laser e os filtros de ruído, foram projetados sob medida para caber em uma placa de circuito medindo apenas 42 mm por 35 mm, permitindo que o Circtrek tenha aproximadamente o mesmo tamanho que um smartwatch.

O Circtrek foi testado em uma configuração in vitro que simulou o fluxo sanguíneo sob a pele humana, e suas capacidades de detecção de célula única foram verificadas através da contagem manual com um microscópio confocal de alta resolução. Para os testes in vitro, foi empregado um corante fluorescente chamado cianina5.5. Esse corante específico foi selecionado porque atinge o pico de ativação em comprimentos de onda na janela óptica do tecido da pele ou a faixa de comprimentos de onda que podem penetrar na pele com o mínimo de dispersão.

A segurança do dispositivo, particularmente o aumento da temperatura no tecido experimental da pele causado pelo laser, também foi investigado. Foi determinado que um aumento de 1,51 ° C na superfície da pele estava bem abaixo do aquecimento que danificaria o tecido, com uma margem suficiente para aumentar a área de detecção do dispositivo e seu poder, a fim de garantir que a observação de pelo menos um vaso sanguíneo possa ser permitido com segurança.

Embora a tradução clínica da Circtrek exija mais etapas, Jang diz que seus parâmetros podem ser modificados para ampliar seu potencial, para que os médicos possam receber informações críticas sobre quase qualquer paciente.

Esta história é republicada, cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que abrange notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.