Una rivoluzione nella diagnostica: un dispositivo grande come un orologio capace di osservare cellule individuali nel flusso sanguigno, aprendo nuove frontiere nella medicina personalizzata

Gli esami del sangue rappresentano uno strumento fondamentale della medicina, ma offrono soltanto un’istantanea isolata della condizione di un paziente. Cosa accadrebbe se potessimo monitorare continuamente ciò che scorre nelle nostre vene? Questa possibilità, finora relegata alla fantascienza medica, sta diventando realtà grazie a un team di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Il gruppo Nano-Cybernetic Biotrek, guidato dalla Professoressa Deblina Sarkar, ha sviluppato CircTrek: un dispositivo rivoluzionario delle dimensioni di un orologio da polso in grado di rilevare singole cellule nei vasi sanguigni sottocutanei in tempo reale. La ricerca, pubblicata sulla rivista npj Biosensing [Link all’articolo]  segna un punto di svolta nel monitoraggio non invasivo.

Tecnologia all’avanguardia in un dispositivo indossabile

CircTrek rappresenta un balzo tecnologico rispetto agli attuali sistemi di citometria a flusso in vivo (IVFC), che richiedono apparecchiature ingombranti confinate in ambienti clinici. Il principio è tanto sofisticato quanto elegante: il dispositivo utilizza un sistema di rilevamento ottico che identifica cellule precedentemente marcate con molecole fluorescenti.

Il funzionamento si articola in tre fasi:

1. Marcatura selettiva: Le cellule di interesse vengono etichettate con marcatori fluorescenti, utilizzando metodi compatibili con l’uso clinico umano
2. Eccitazione laser: Un fascio laser focalizzato e pulsato attraversa la pelle e raggiunge i vasi sanguigni, attivando i marcatori fluorescenti
3. Rilevamento ultra-sensibile: Sensori capaci di captare singoli fotoni rilevano il segnale emesso dalle cellule marcate durante il loro passaggio

La vera innovazione risiede nella capacità di isolare questi deboli segnali dal rumore di fondo biologico. Il team ha sviluppato filtri elettronici personalizzati che eliminano le interferenze generate dal battito cardiaco e altri disturbi, concentrandosi esclusivamente sui segnali delle cellule target. L’accurata selezione dei coloranti fluorescenti, come il Cyanine5.5, permette inoltre di operare nella “finestra ottica” ideale per la penetrazione tissutale.

Un capolavoro di miniaturizzazione

L’ingegnerizzazione di CircTrek ha richiesto la miniaturizzazione di componenti altamente sofisticati:

• Un circuito di precisione per mantenere stabile la potenza del laser
• Sensori di rilevamento a singolo fotone
• Sistemi di filtraggio del rumore elettronico
• Un modulo Wi-Fi per la trasmissione dati in tempo reale

Tutti questi elementi sono stati integrati in una scheda elettronica di soli 42×35 mm, permettendo al dispositivo di mantenere dimensioni paragonabili a quelle di uno smartwatch comune.

Applicazioni cliniche trasformative

“CircTrek offre un percorso per sfruttare informazioni precedentemente inaccessibili, permettendo trattamenti tempestivi e supportando decisioni cliniche accurate con dati in tempo reale,” spiega la Professoressa Sarkar. Il monitoraggio continuo delle cellule circolanti potrebbe rivoluzionare numerosi ambiti medici:

• Oncologia: Rilevamento precoce di cellule tumorali circolanti (CTC) e monitoraggio delle recidive
• Immunologia: Tracciamento di specifiche popolazioni di cellule immunitarie
• Terapie avanzate: Valutazione dell’efficacia di terapie innovative come le cellule CAR-T, dove la persistenza delle cellule modificate nel flusso sanguigno è direttamente correlata ai risultati clinici
• Malattie infettive: Identificazione tempestiva di agenti patogeni

La possibilità di eseguire questo monitoraggio continuativo potrebbe evitare che vengano perse finestre terapeutiche critiche, consentendo interventi più tempestivi ed efficaci.

Sicurezza e validazione

I ricercatori hanno validato la capacità di CircTrek di rilevare singole cellule utilizzando un modello di laboratorio che simula il flusso sanguigno sotto la pelle umana. Particolare attenzione è stata dedicata alla sicurezza: i test hanno confermato che l’aumento di temperatura cutanea causato dal laser è di soli 1,51°C, ben al di sotto della soglia di danno tissutale.

Questo ampio margine di sicurezza suggerisce che potrebbe essere possibile aumentare ulteriormente la potenza o l’area di rilevamento, ottimizzando le prestazioni del dispositivo.

Verso la medicina personalizzata del futuro

CircTrek si distingue nel panorama dei dispositivi indossabili per la sua capacità unica di rilevare e monitorare singole cellule specifiche in modo continuo e non invasivo. Mentre altri dispositivi si limitano alla cattura di cellule o al monitoraggio di parametri vitali generici, questo sistema fornisce una finestra in tempo reale sul microcosmo cellulare che scorre nelle nostre vene.

Il lavoro del laboratorio Nano-Cybernetic Biotrek si inserisce nella più ampia visione di integrare nanotecnologia, elettronica e biologia per superare i limiti biologici e creare nuove interfacce uomo-macchina. CircTrek rappresenta un passo concreto verso questa visione, aprendo la strada a una medicina più proattiva, personalizzata e preventiva.

Prima di raggiungere l’applicazione clinica, saranno necessarie ulteriori fasi di validazione. Tuttavia, la flessibilità del dispositivo, i cui parametri possono essere adattati a diverse esigenze diagnostiche, promette di accelerare questo percorso.

CircTrek è uno strumento che consente di applicare la medicina personalizzata nella pratica clinica, modificando il modo in cui vengono diagnosticate, monitorate e trattate le malattie.

La medicina personalizzata si basa sull’identificazione delle caratteristiche specifiche di ciascun paziente e della sua patologia, con l’obiettivo di individuare trattamenti più efficaci e mirati rispetto agli approcci standard Questo modello utilizza dati genetici, biomarcatori, informazioni cliniche e tecnologie digitali per adattare le strategie di prevenzione, diagnosi e cura alle esigenze individuali CircTrek si inserisce in questo contesto come supporto concreto per la personalizzazione dei percorsi di cura.

Si ringrazia Bertalan Meskó per la segnalazione [Link Post LinkedIn]