Por Michaela Jarvis
Investigadores del MIT han desarrollado un dispositivo de monitorización médica no invasivo, lo suficientemente potente como para detectar células individuales dentro de los vasos sanguíneos, pero lo suficientemente pequeño como para llevarlo como un reloj de pulsera. Un aspecto importante de este dispositivo portátil es que permite la monitorización continua de las células circulantes en el cuerpo humano.
La tecnología fue presentada en línea el 3 de marzo por la revista npj Biosensing y próximamente estará disponible en la versión impresa de la revista.
El dispositivo, llamado CircTrek, fue desarrollado por investigadores del grupo de investigación Nano-Cybernetic Biotrek, dirigido por Deblina Sarkar, profesora adjunta del MIT y jefa de Desarrollo Profesional de AT&T en el MIT Media Lab. Esta tecnología podría facilitar enormemente el diagnóstico temprano de enfermedades, la detección de recaídas, la evaluación del riesgo de infección y la determinación de la eficacia de un tratamiento, entre otros procesos médicos.
Mientras que los análisis de sangre tradicionales son como una instantánea del estado del paciente, CircTrek se diseñó para ofrecer una evaluación en tiempo real, algo que el artículo de npj Biosensing menciona como «un objetivo incumplido hasta la fecha». Otra tecnología que ofrece monitorización de células en el torrente sanguíneo con cierta continuidad, la citometría de flujo in vivo.
CircTrek, por otro lado, está equipado con un módulo Wi-Fi integrado, y podría incluso monitorear las células circulantes de un paciente en casa y enviar esa información al médico del paciente o al equipo de atención.
El dispositivo funciona dirigiendo un haz láser enfocado para estimular las células subcutáneas marcadas con fluorescencia. Este marcaje puede lograrse mediante diversos métodos, como la aplicación de colorantes 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 de células T CAR, en la que se recolectan y modifican células inmunitarias en un laboratorio para combatir el cáncer (o, experimentalmente, para combatir el VIH o la COVID-19), podría tener esas células marcadas simultáneamente con tintes fluorescentes o modificación genética para que expresen proteínas fluorescentes. Cabe destacar que las células de interés también pueden marcarse con métodos de marcaje in vivo aprobados en humanos. Una vez que las células están marcadas y circulan en el torrente sanguíneo, CircTrek está diseñado para aplicar pulsos láser para mejorar y detectar la señal fluorescente de las células, mientras que un conjunto de filtros minimiza el ruido de baja frecuencia, como los latidos cardíacos.
Al detectar las células CAR-T marcadas, CircTrek podría evaluar la eficacia del tratamiento con terapia celular. Por ejemplo, la persistencia de las células CAR-T en 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 marcadas también es minúsculo, y sin embargo es capaz de detectar una cantidad de luz equivalente a un solo fotón.
Los subcircuitos del dispositivo, incluido el controlador láser y los filtros de ruido, fueron diseñados a medida para encajar 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 in vitro en una configuración que simulaba el flujo sanguíneo subcutáneo, y su capacidad de detección de células individuales se verificó mediante recuento manual con un microscopio confocal de alta resolución. Para las pruebas in vitro, se empleó un colorante fluorescente llamado Cyanine5.5. Este colorante se seleccionó porque alcanza su pico de activación en longitudes de onda dentro de la ventana óptica del tejido cutáneo, es decir, en el rango de longitudes de onda que pueden penetrar la piel con mínima dispersión.
También se investigó la seguridad del dispositivo, en particular el aumento de temperatura en el tejido cutáneo experimental causado por el láser. Se determinó que un aumento de 1,51 grados Celsius en la superficie cutánea estaba muy por debajo del calentamiento que dañaría el tejido, con un margen suficiente para permitir incluso aumentar con seguridad el área de detección del dispositivo y su potencia para garantizar la observación de al menos un vaso sanguíneo.
Si bien la traducción clínica de CircTrek requerirá más pasos, Jang dice que sus parámetros pueden modificarse para ampliar su potencial, de modo que los médicos puedan recibir información crítica sobre casi cualquier paciente.
