Wearable: Η συσκευή λειτουργεί κατευθύνοντας μια εστιασμένη δέσμη λέιζερ για να διεγείρει τα κύτταρα κάτω από το δέρμα που έχουν επισημανθεί με φθορισμό.
Ερευνητές στο MIT ανέπτυξαν μια μη επεμβατική ιατρική συσκευή παρακολούθησης αρκετά ισχυρή ώστε να ανιχνεύει μεμονωμένα κύτταρα μέσα στα αιμοφόρα αγγεία, αλλά αρκετά μικρή για να τη φοράει σαν ρολόι χειρός. Μια σημαντική πτυχή αυτής της φορητής συσκευής είναι ότι μπορεί να επιτρέψει τη συνεχή παρακολούθηση των κυκλοφορούντων κυττάρων στο ανθρώπινο σώμα. Η τεχνολογία αναφέρθηκε στο npj Biosensing.
Η συσκευή – με το όνομα CircTrek – αναπτύχθηκε από ερευνητές της ερευνητικής ομάδας Nano-Cybernetic Biotrek, με επικεφαλής την Deblina Sarkar, επίκουρη καθηγήτρια στο MIT και την έδρα AT&T Career Development στο MIT Media Lab. Αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να διευκολύνει σε μεγάλο βαθμό την έγκαιρη διάγνωση της νόσου, την ανίχνευση υποτροπής της νόσου, την αξιολόγηση του κινδύνου μόλυνσης και τον προσδιορισμό του εάν μια θεραπεία ασθένειας λειτουργεί, μεταξύ άλλων ιατρικών διαδικασιών.
Ενώ οι παραδοσιακές εξετάσεις αίματος είναι σαν ένα στιγμιότυπο της κατάστασης ενός ασθενούς, το CircTrek σχεδιάστηκε για να παρουσιάζει αξιολόγηση σε πραγματικό χρόνο, η οποία αναφέρεται στο έγγραφο npj Biosensing ως “ένας στόχος που δεν έχει επιτευχθεί μέχρι σήμερα”. Μια διαφορετική τεχνολογία που προσφέρει παρακολούθηση των κυττάρων στην κυκλοφορία του αίματος με κάποια συνέχεια, in vivo κυτταρομετρία ροής, “απαιτεί ένα μικροσκόπιο μεγέθους δωματίου και οι ασθενείς πρέπει να βρίσκονται εκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα”, λέει ο Kyuho Jang, Ph.D. μαθητής στο εργαστήριο του Sarkar.
Το CircTrek, από την άλλη πλευρά, το οποίο είναι εξοπλισμένο με μια ενσωματωμένη μονάδα Wi-Fi, θα μπορούσε ακόμη και να παρακολουθεί τα κυκλοφορούντα κύτταρα ενός ασθενούς στο σπίτι και να στέλνει αυτές τις πληροφορίες στον γιατρό ή την ομάδα φροντίδας του ασθενούς.
“Το CircTrek προσφέρει μια διαδρομή για την αξιοποίηση πληροφοριών που δεν ήταν προσβάσιμες στο παρελθόν, επιτρέποντας έγκαιρες θεραπείες και υποστηρίζοντας ακριβείς κλινικές αποφάσεις με δεδομένα σε πραγματικό χρόνο”, λέει ο Sarkar. “Οι υπάρχουσες τεχνολογίες παρέχουν παρακολούθηση που δεν είναι συνεχής, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια κρίσιμων παραθύρων θεραπείας. Ξεπερνάμε αυτήν την πρόκληση με το CircTrek.”
Η συσκευή λειτουργεί κατευθύνοντας μια εστιασμένη δέσμη λέιζερ για να διεγείρει τα κύτταρα κάτω από το δέρμα που έχουν επισημανθεί με φθορισμό. Τέτοια σήμανση μπορεί να επιτευχθεί με έναν αριθμό μεθόδων, συμπεριλαμβανομένης της εφαρμογής φθοριζόντων βαφών που βασίζονται σε αντισώματα στα κύτταρα ενδιαφέροντος ή της γενετικής τροποποίησης τέτοιων κυττάρων έτσι ώστε να εκφράζουν φθορίζουσες πρωτεΐνες.
Για παράδειγμα, ένας ασθενής που λαμβάνει θεραπεία με CAR T κύτταρα, στην οποία τα ανοσοκύτταρα συλλέγονται και τροποποιούνται σε εργαστήριο για την καταπολέμηση του καρκίνου (ή, πειραματικά, για την καταπολέμηση του HIV ή του COVID-19), θα μπορούσε να επισημάνει αυτά τα κύτταρα ταυτόχρονα με φθορίζουσες βαφές ή γενετική τροποποίηση, ώστε τα κύτταρα να εκφράζουν φθορίζουσες πρωτεΐνες.
Είναι σημαντικό ότι τα κύτταρα ενδιαφέροντος μπορούν επίσης να επισημανθούν με μεθόδους επισήμανσης in vivo εγκεκριμένες σε ανθρώπους. Μόλις τα κύτταρα επισημανθούν και κυκλοφορήσουν στην κυκλοφορία του αίματος, το CircTrek έχει σχεδιαστεί για να εφαρμόζει παλμούς λέιζερ για να ενισχύει και να ανιχνεύει το φθορίζον σήμα των κυττάρων, ενώ μια διάταξη φίλτρων ελαχιστοποιεί τον θόρυβο χαμηλής συχνότητας, όπως τους καρδιακούς παλμούς.
«Βελτιστοποιήσαμε τα οπτομηχανικά μέρη για να μειώσουμε σημαντικά τον θόρυβο και να συλλάβουμε μόνο το σήμα από τα φθορίζοντα κύτταρα», λέει ο Jang. Ανιχνεύοντας τα επισημασμένα κύτταρα CAR T, το CircTrek θα μπορούσε να αξιολογήσει εάν η θεραπεία κυτταρικής θεραπείας λειτουργεί. Για παράδειγμα, η επιμονή των κυττάρων CAR T στο αίμα μετά τη θεραπεία σχετίζεται με καλύτερα αποτελέσματα σε ασθενείς με λέμφωμα Β-κυττάρων.
Για να διατηρήσουν το CircTrek μικρό και φορετό, οι ερευνητές μπόρεσαν να μικρύνουν τα εξαρτήματα της συσκευής, όπως το κύκλωμα που οδηγεί την πηγή λέιζερ υψηλής έντασης και διατηρεί σταθερό το επίπεδο ισχύος του λέιζερ για να αποφευχθούν ψευδείς μετρήσεις. Ο αισθητήρας που ανιχνεύει τα σήματα φθορισμού των επισημασμένων κυττάρων είναι επίσης λεπτός, και ωστόσο είναι ικανός να ανιχνεύσει ποσότητα φωτός ισοδύναμη με ένα μόνο φωτόνιο, λέει ο Jang.
Τα υποκυκλώματα της συσκευής, συμπεριλαμβανομένου του προγράμματος οδήγησης λέιζερ και των φίλτρων θορύβου, σχεδιάστηκαν ειδικά για να χωρούν σε μια πλακέτα κυκλώματος διαστάσεων μόλις 42 mm επί 35 mm, επιτρέποντας στο CircTrek να έχει περίπου το ίδιο μέγεθος με ένα smartwatch.
Το CircTrek δοκιμάστηκε σε μια διαμόρφωση in vitro που προσομοίωσε τη ροή του αίματος κάτω από το ανθρώπινο δέρμα και οι ικανότητές του ανίχνευσης μεμονωμένων κυττάρων επαληθεύτηκαν μέσω χειροκίνητης μέτρησης με ομοεστιακό μικροσκόπιο υψηλής ανάλυσης. Για τη δοκιμή in vitro, χρησιμοποιήθηκε μια φθορίζουσα χρωστική που ονομάζεται Cyanine5.5. Η συγκεκριμένη χρωστική επιλέχθηκε επειδή φθάνει σε μέγιστη ενεργοποίηση σε μήκη κύματος εντός του οπτικού παραθύρου του ιστού του δέρματος ή στο εύρος των μηκών κύματος που μπορούν να διεισδύσουν στο δέρμα με ελάχιστη σκέδαση.
Η ασφάλεια της συσκευής, ιδιαίτερα η αύξηση της θερμοκρασίας στον πειραματικό ιστό του δέρματος που προκαλείται από το λέιζερ, διερευνήθηκε επίσης. Μια αύξηση 1,51°C στην επιφάνεια του δέρματος προσδιορίστηκε ότι ήταν πολύ κάτω από τη θέρμανση που θα έβλαπτε τον ιστό, με αρκετό περιθώριο που αυξάνει ακόμη και την περιοχή ανίχνευσης της συσκευής και την ισχύ της, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η παρατήρηση τουλάχιστον ενός αιμοφόρου αγγείου θα μπορούσε να επιτραπεί με ασφάλεια.
Ενώ η κλινική μετάφραση του CircTrek θα απαιτήσει περαιτέρω βήματα, ο Jang λέει ότι οι παράμετροί του μπορούν να τροποποιηθούν για να διευρύνουν τις δυνατότητές του, έτσι ώστε οι γιατροί να μπορούν να έχουν κρίσιμες πληροφορίες για σχεδόν κάθε ασθενή.
Διαβάστε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις για την υγεία από την Ελλάδα και τον ΚόσμοΑκολουθήστε το healthweb.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Ακολουθήστε το healthweb.gr στο κανάλι μας στο YouTube
