Forskare vid MIT har utvecklat en icke-invasiv medicinsk övervakningsenhet som är tillräckligt kraftfull för att upptäcka enskilda celler i blodkärlen, men ändå så liten att den kan bäras som en armbandsur. En viktig aspekt av denna bärbara enhet är att den möjliggör kontinuerlig övervakning av cirkulerande celler i människokroppen. Tekniken rapporterades i npj Biosensing.
Enheten, som fått namnet CircTrek, har utvecklats av forskare i forskningsgruppen Nano-Cybernetic Biotrek, ledd av Deblina Sarkar, biträdande professor vid MIT och AT&T Career Development Chair vid MIT Media Lab. Denna teknik kan i hög grad underlätta tidig diagnos av sjukdomar, upptäckt av sjukdomsåterfall, bedömning av infektionsrisk och avgörande av om en sjukdomsbehandling fungerar, bland andra medicinska processer.
Traditionella blodprover är som en ögonblicksbild av patientens tillstånd, medan CircTrek är utformad för att ge en realtidsbedömning, vilket i artikeln i npj Biosensing beskrivs som ”ett mål som hittills varit ouppnåeligt”. En annan teknik som erbjuder kontinuerlig övervakning av celler i blodomloppet, in vivo-flödescytometri, ”kräver ett rumstort mikroskop och patienterna måste vara där under lång tid”, säger Kyuho Jang, doktorand i Sarkars laboratorium.
CircTrek, som är utrustad med en inbyggd Wi-Fi-modul, kan däremot övervaka patientens cirkulerande celler hemma och skicka informationen till patientens läkare eller vårdteam.
”CircTrek erbjuder en väg till att utnyttja tidigare otillgänglig information, möjliggöra snabb behandling och stödja korrekta kliniska beslut med realtidsdata”, säger Sarkar. ”Befintlig teknik erbjuder övervakning som inte är kontinuerlig, vilket kan leda till att kritiska behandlingsfönster missas. Med CircTrek övervinner vi denna utmaning.”
Enheten fungerar genom att rikta en fokuserad laserstråle för att stimulera celler under huden som har märkts med fluorescerande färg. Sådan märkning kan åstadkommas med ett antal metoder, bland annat genom att applicera antikroppsbaserade fluorescerande färgämnen på de celler som är av intresse eller genom att genetiskt modifiera sådana celler så att de uttrycker fluorescerande proteiner.
Till exempel kan en patient som får CAR-T-cellterapi, där immunceller samlas in och modifieras i ett laboratorium för att bekämpa cancer (eller, experimentellt, för att bekämpa HIV eller COVID-19), få dessa celler märkta samtidigt med fluorescerande färgämnen eller genetisk modifiering så att cellerna uttrycker fluorescerande proteiner.
Viktigt är att celler av intresse också kan märkas med in vivo-märkningsmetoder som är godkända för användning på människor. När cellerna är märkta och cirkulerar i blodomloppet är CircTrek utformat för att applicera laserpulser för att förstärka och detektera cellernas fluorescerande signal, medan en rad filter minimerar lågfrekvent brus såsom hjärtslag.
”Vi har optimerat de optomekaniska delarna för att minska bruset avsevärt och endast fånga upp signalen från de fluorescerande cellerna”, säger Jang.
Genom att detektera de märkta CAR-T-cellerna kunde CircTrek bedöma om cellterapibehandlingen fungerar. Till exempel är kvarvarande CAR-T-celler i blodet efter behandling förknippade med bättre resultat hos patienter med B-cellslymfom.
För att CircTrek skulle bli liten och bärbar kunde forskarna miniatyrisera enhetens komponenter, till exempel kretsen som driver den högintensiva laserkällan och håller laserns effektnivå stabil för att undvika felaktiga avläsningar.
Sensorn som detekterar de märkta cellernas fluorescerande signaler är också mycket liten, men kan ändå detektera en ljusmängd som motsvarar en enda foton, säger Jang.
Enhetens delkretsar, inklusive laserdrivrutinen och brusfiltren, har specialdesignats för att passa på ett kretskort som bara mäter 42 mm x 35 mm, vilket gör att CircTrek är ungefär lika stor som en smartklocka.
CircTrek testades i en in vitro-konfiguration som simulerade blodflödet under mänsklig hud, och dess förmåga att detektera enskilda celler verifierades genom manuell räkning med ett högupplöst konfokalmikroskop. För in vitro-testningen användes ett fluorescerande färgämne kallat Cyanine5.5. Det färgämnet valdes eftersom det når maximal aktivering vid våglängder inom hudvävnadens optiska fönster, det vill säga det våglängdsområde som kan tränga igenom huden med minimal spridning.
Enhetens säkerhet, särskilt temperaturökningen på experimentell hudvävnad orsakad av lasern, undersöktes också. En ökning på 1,51 °C vid hudytan fastställdes vara väl under den uppvärmning som skulle skada vävnaden, med tillräcklig marginal för att även en ökning av enhetens detektionsområde och effekt, för att säkerställa observation av minst ett blodkärl, skulle kunna tillåtas på ett säkert sätt.
Även om klinisk tillämpning av CircTrek kräver ytterligare steg, säger Jang att dess parametrar kan modifieras för att bredda dess potential, så att läkare kan få viktig information om nästan alla patienter.
Mer information: Kyuho Jang et al, A wearable device for continuous monitoring of circulating cells at single-cell resolution, npj Biosensing (2025). DOI: 10.1038/s44328-025-00032-3
