محققان MIT موفق به ساخت یک دستگاه پایش پزشکی غیرتهاجمی شدهاند که آنقدر دقیق است که میتواند سلولهای منفرد را در رگهای خونی تشخیص دهد و در عین حال، آنقدر کوچک است که مانند یک ساعت مچی پوشیده میشود. این دستگاه که قابلیت نظارت پیوسته بر سلولهای در گردش بدن انسان را دارد، میتواند انقلابی در پایش بیماران ایجاد کند.
این فناوری که با نام CircTrek معرفی شده، توسط گروه پژوهشی Nano-Cybernetic Biotrek به سرپرستی دکتر دبلینا سارکار، استاد دانشگاه و دارنده کرسی توسعه حرفهای AT&T در مدیالَب MIT، توسعه یافته است. این فناوری در تاریخ ۳ مارس بهصورت آنلاین در مجله npj Biosensing منتشر شد و بهزودی نسخه چاپی آن نیز منتشر میشود.
CircTrek میتواند در تشخیص زودهنگام بیماری، ردیابی عود مجدد بیماری، ارزیابی خطر عفونت، و بررسی اثربخشی درمانها بسیار مؤثر باشد. برخلاف آزمایشهای سنتی خون که تنها تصویری لحظهای از وضعیت بیمار ارائه میدهند، CircTrek امکان ارزیابی بلادرنگ را فراهم میکند، قابلیتی که در مقالهی منتشرشده بهعنوان “هدفی تاکنون دستنیافتنی” توصیف شده است.
کیوهو جانگ، دانشجوی دکتری در آزمایشگاه سارکار، میگوید فناوریهایی مانند flow cytometry in vivo اگرچه نوعی پایش پیوسته را ارائه میدهند، اما نیازمند میکروسکوپهایی در اندازهی اتاق هستند و بیماران باید برای مدت طولانی در آن محل حاضر باشند.
در مقابل، CircTrek به ماژول Wi-Fi مجهز است و میتواند حتی در منزل بیمار نیز سلولهای در حال گردش را پایش کرده و دادهها را به پزشک یا تیم مراقبتی ارسال کند. به گفته سارکار: «CircTrek راهی برای دستیابی به اطلاعاتی است که قبلاً غیرقابل دسترس بودند، و میتواند باعث تصمیمگیریهای دقیقتر بالینی و درمانهای بهموقع شود. فناوریهای فعلی نظارتی پیوسته ارائه نمیدهند و این میتواند به از دست رفتن بازههای زمانی حیاتی درمان منجر شود. ما با CircTrek این مشکل را حل کردهایم.»
عملکرد دستگاه به این صورت است که یک پرتو لیزر متمرکز را به سلولهایی که زیر پوست با مواد فلورسانس نشاندار شدهاند، میتاباند. این نشاندارسازی میتواند با استفاده از رنگهای فلورسانس مبتنی بر آنتیبادی یا با اصلاح ژنتیکی سلولها انجام شود تا آنها پروتئینهای فلورسانس تولید کنند.
به عنوان نمونه، بیماری که تحت درمان CAR T cell therapy (سلولهای ایمنی اصلاحشده برای مقابله با سرطان یا در موارد آزمایشی HIV و کووید-۱۹) قرار دارد، میتواند این سلولها را همزمان با نشاندار کردن فلورسانس آماده کند. علاوه بر این، از روشهای نشاندارسازی تأییدشده در بدن انسان نیز میتوان استفاده کرد. زمانی که سلولهای نشاندار شده در جریان خون در حرکت هستند، CircTrek پالسهای لیزری را اعمال میکند تا سیگنال فلورسانس سلولها تقویت و آشکار شود. همزمان، فیلترهایی نیز نویزهای فرکانس پایین مانند ضربان قلب را کاهش میدهند.
جانگ میگوید: «ما اجزای اپتومکانیکی را طوری بهینه کردیم که نویز به شکل چشمگیری کاهش یابد و تنها سیگنال سلولهای فلورسانس را ثبت کند.»
با شناسایی سلولهای CAR T نشاندار، CircTrek میتواند ارزیابی کند که آیا درمان مؤثر بوده یا نه؛ چرا که ادامه حضور این سلولها در جریان خون، پس از درمان، با بهبود نتایج در بیماران مبتلا به لنفومای سلول B همراه است.
برای کوچک نگهداشتن CircTrek و قابل پوشیدن بودن آن، پژوهشگران اجزای آن را مینیاتوری کردهاند؛ از جمله مدارهای تأمینکننده لیزر پرتوان و تثبیتکننده شدت لیزر، تا از بروز خطا جلوگیری شود.
حسگر تشخیصدهنده سیگنال فلورسانس سلولهای نشاندارشده نیز بسیار کوچک است، اما به اندازهای حساس است که میتواند حتی یک فوتون نور را تشخیص دهد. مدارهای فرعی این دستگاه، از جمله درایور لیزر و فیلترهای نویز، به صورت اختصاصی طراحی شدهاند تا روی بردی به اندازه ۴۲ در ۳۵ میلیمتر جای بگیرند. در نتیجه، CircTrek تقریباً به اندازهی یک ساعت هوشمند است.
این دستگاه در شرایط in vitro (شبیهسازی جریان خون زیر پوست انسان) آزمایش شد و توانایی تشخیص تکسلولی آن با شمارش دستی در میکروسکوپ کونفوکال با وضوح بالا تأیید گردید. در این تست، از رنگ فلورسانس Cyanine5.5 استفاده شد، چرا که این رنگ در طولموجهایی فعال میشود که در «پنجره نوری پوست» قرار دارند و به خوبی از پوست عبور میکنند.
همچنین ایمنی دستگاه از نظر افزایش دما در سطح پوست بررسی شد و مشخص گردید که این افزایش تنها ۱.۵۱ درجه سلسیوس است که به مراتب پایینتر از حد آسیب به بافت است. این فاصله ایمنی به قدری است که حتی با افزایش توان و وسعت ناحیهی تشخیص برای رصد حداقل یک رگ خونی، همچنان استفاده از دستگاه بیخطر باقی میماند.
با اینکه تجاریسازی بالینی CircTrek به گامهای بیشتری نیاز دارد، جانگ معتقد است پارامترهای آن را میتوان برای کاربریهای گستردهتر تنظیم کرد تا اطلاعات حیاتی در اختیار پزشکان قرار گیرد — اطلاعاتی که میتواند برای تقریباً هر بیماری حیاتی باشد.
منبع: کلیک کنید
