麻省理工学院的研究人员开发出一款非侵入式医疗监测设备，这款设备的灵敏度足以检测血管内的单个细胞，同时又足够小巧，可以像手表一样佩戴。这款可穿戴设备的一个重要特点是能够持续监测人体内循环的细胞。

该技术于3月3日发表在《npj Biosensing》期刊线上，即将在期刊的印刷版中面世。

这款名为CircTrek的设备由MIT媒体实验室纳米网络生物研究小组的Deblina Sarkar助理教授及其团队开发。该技术可以大大促进疾病的早期诊断、疾病复发的检测、感染风险的评估，以及判断疾病治疗是否有效等医疗过程。

与传统的血液检测相比，CircTrek能够提供持续的监测，而传统血液检测就像是对患者状况的一次快照。尽管体内流式细胞术可以提供一定程度的连续监测，但需要一个房间大小的显微镜，并且患者需要在那里待很长时间。而CircTrek则配备了车载Wi-Fi模块，甚至可以在患者在家中时监测其循环细胞，并将信息发送给患者的医生或护理团队。

CircTrek通过引导聚焦的激光束来刺激皮肤下带有荧光标记的细胞。这种标记可以通过多种方法实现，包括向目标细胞应用抗体基荧光染料，或通过基因改造使这些细胞表达荧光蛋白。

例如，接受CAR T细胞疗法的患者（在该疗法中，免疫细胞被收集并在实验室中修改以对抗癌症，或在实验中用于对抗HIV或Covid-19），可以将这些细胞与荧光染料同时标记，或通过基因修改使其表达荧光蛋白。重要的是，目标细胞也可以通过在人体中获批准的体内标记方法进行标记。一旦这些细胞被标记并在血液中循环，CircTrek旨在应用激光脉冲以增强并检测这些细胞的荧光信号，而布置的滤光片可以最小化低频噪声，例如心跳。

“我们优化了光机械部件以显著减少噪音，并仅捕获来自荧光细胞的信号，”Jang说。

通过检测标记的CAR T细胞，CircTrek可以评估细胞疗法是否有效。例如，CAR T细胞在治疗后在血液中的持续存在与B细胞淋巴瘤患者的更好结果相关。

为了使CircTrek小巧可穿戴，研究人员能够将设备的组件进行微型化，例如驱动高强度激光源并保持激光功率稳定的电路，以避免出现错误的读数。

检测标记细胞的荧光信号的传感器也非常小，但能够检测相当于单个光子的光量。

设备的子电路，包括激光驱动器和噪音滤波器，被定制设计以适应尺寸仅为42毫米×35毫米的电路板，使CircTrek的尺寸大约与智能手表相同。

CircTrek在一个模拟人体皮肤下血流的体外配置上进行了测试，其单细胞检测能力通过高分辨率共聚焦显微镜手动计数得到了验证。在体外测试中，使用了名为Cy5.5的荧光染料。选择该染料是因为它在皮肤组织的光学窗口的波长范围内达到峰值激活，即可以最小散射穿透皮肤的波长范围。

还研究了设备的安全性，特别是激光引起的实验皮肤组织的温度升高。确定皮肤表面温度升高1.51摄氏度远低于会损害组织的加热水平，有足够的余量允许增加设备的检测区域及其功率，以确保至少可以观察到一个血管。

尽管CircTrek的临床转化需要进一步的步骤，但Jang表示，其参数可以进行修改以扩大其潜力，以便医生可以提供关于任何患者的临床上重要的信息。

原文：Wearable device tracks individual cells in the bloodstream in real time