Pesquisadores do MIT desenvolveram um dispositivo de monitoramento médico não invasivo, potente o suficiente para detectar células isoladas nos vasos sanguíneos, mas pequeno o suficiente para ser usado como um relógio de pulso. Um aspecto importante desse dispositivo vestível é que ele permite o monitoramento contínuo das células circulantes no corpo humano.

A tecnologia foi apresentada on-line em 3 de março pelo periódico npj Biosensing  e será publicada em breve na versão impressa do periódico.

O dispositivo — chamado CircTrek — foi desenvolvido por pesquisadores do grupo de pesquisa Nano-Cybernetic Biotrek, liderado por Deblina Sarkar, professora assistente do MIT e chefe de desenvolvimento de carreira da AT&T no MIT Media Lab. Essa tecnologia pode facilitar significativamente o diagnóstico precoce de doenças, a detecção de recidivas, a avaliação do risco de infecção e a determinação da eficácia do tratamento de uma doença, entre outros processos médicos.

Enquanto os exames de sangue tradicionais são como um instantâneo da condição de um paciente, o CircTrek foi projetado para apresentar uma avaliação em tempo real, mencionada no artigo da npj Biosensing como tendo sido "uma meta não alcançada até o momento". Uma tecnologia diferente que oferece monitoramento de células na corrente sanguínea com alguma continuidade, a 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, um aluno de doutorado no laboratório de Sarkar.

O CircTrek, por outro lado, que é equipado com um módulo Wi-Fi integrado, pode até monitorar as células circulantes do paciente em casa e enviar essas informações ao médico ou à equipe de atendimento do paciente.

“O CircTrek oferece um caminho para o aproveitamento de informações antes inacessíveis, permitindo tratamentos oportunos e apoiando decisões clínicas precisas com dados em tempo real”, afirma Sarkar. “As tecnologias existentes oferecem monitoramento não contínuo, o que pode levar à perda de janelas críticas de tratamento. Superamos esse desafio com o CircTrek.”

O dispositivo funciona direcionando um feixe de laser focalizado para estimular células sob a pele que foram marcadas com fluorescência. Essa marcação pode ser realizada por meio de diversos métodos, incluindo a aplicação de corantes fluorescentes à base de anticorpos nas células de interesse ou a modificação genética dessas células para que expressem proteínas fluorescentes.

Por exemplo, um paciente em terapia com células T CAR, na qual células imunes são coletadas e modificadas em laboratório para combater o câncer (ou, experimentalmente, para combater o HIV ou a Covid-19), poderia ter essas células marcadas simultaneamente com corantes fluorescentes ou modificação genética para que expressassem proteínas fluorescentes. É importante ressaltar que as células de interesse também podem ser marcadas com métodos de marcação in vivo aprovados em humanos. Uma vez que as células estejam marcadas e circulando na corrente sanguínea, o CircTrek foi projetado para aplicar pulsos de laser para aprimorar e detectar o sinal fluorescente das células, enquanto um conjunto de filtros minimiza ruídos 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.

Ao detectar as células T CAR marcadas, o CircTrek pôde avaliar se o tratamento de terapia celular está funcionando. Por exemplo, a persistência das células T CAR no sangue após o tratamento está associada a melhores resultados em pacientes com linfoma de células B.

Para manter o CircTrek pequeno e 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 minúsculo, mas é capaz de detectar uma quantidade de luz equivalente a um único fóton, diz Jang.

Os subcircuitos do dispositivo, incluindo o driver do 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 de um smartwatch.

O CircTrek foi testado em uma configuração in vitro que simulava o fluxo sanguíneo sob a pele humana, e sua capacidade de detecção de células individuais foi verificada por meio de contagem manual com um microscópio confocal de alta resolução. Para o teste in vitro, foi utilizado um corante fluorescente chamado Cyanine5.5. Esse corante específico foi selecionado porque atinge o pico de ativação em comprimentos de onda dentro da janela óptica do tecido cutâneo, ou seja, na faixa de comprimentos de onda que pode penetrar na pele com dispersão mínima.

A segurança do dispositivo, particularmente o aumento de temperatura no tecido cutâneo experimental causado pelo laser, também foi investigada. Um aumento de 1,51°C na superfície da pele foi determinado como bem abaixo do aquecimento que danificaria o tecido, com margem suficiente para que até mesmo o aumento da área de detecção do dispositivo e de sua potência, a fim de garantir a observação de pelo menos um vaso sanguíneo, pudesse ser permitido com segurança.

Embora a tradução clínica do CircTrek exija mais etapas, Jang diz que seus parâmetros podem ser modificados para ampliar seu potencial, para que os médicos possam receber informações essenciais sobre praticamente qualquer paciente.