Respirador simplificado diseñado por la comunidad de física de partículas obtiene la aprobación de la FDA
Físicos e ingenieros de nueve países ayudaron a construir el Ventilador Mecánico Milano, cuyo uso ha sido aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. Crédito: colaboración de MVM
En poco más de un mes, un equipo de físicos e ingenieros de todo el mundo tomó un diseño de ventilador simplificado desde el concepto hasta la aprobación de la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. Este hito importante marca el uso seguro del ventilador en los Estados Unidos bajo la Autorización de uso de emergencia de la FDA, que ayuda a respaldar la salud pública durante una crisis.
El Ventilador Mecánico Milano, o MVM, es una creación del físico Cristiano Galbiati. El profesor del Instituto de Ciencias Gran Sasso y de la Universidad de Princeton, que normalmente dirige un experimento de materia oscura en Italia llamado DarkSide-20k, se encontró encerrado en Milán, una ciudad muy afectada por el COVID-19. Al escuchar los informes sobre la escasez de ventiladores y con el deseo de ayudar, Galbiati se acercó a otros investigadores para desarrollar un ventilador con componentes mínimos que pudiera fabricarse rápidamente utilizando piezas comúnmente disponibles.
«La sensación de crisis era palpable, y yo sabía que la disponibilidad de ventiladores era crítica», dijo Galbiati, quien obtuvo su doctorado en la Universidad de Milán. «Habíamos estado haciendo algunos proyectos complicados en física que requerían trabajar con gases, y pensé que era nuestro deber encontrar una manera de llevar oxígeno a los pulmones de los pacientes».
La noticia se extendió rápidamente, con ingenieros y físicos de nueve países, especialmente Italia, Estados Unidos y Canadá, se unieron para ayudar. En el Fermilab del Departamento de Energía de los EE. UU., los investigadores que normalmente dedican sus días a construir y hacer funcionar detectores delicados rápidamente aplicaron sus habilidades y ofrecieron su tiempo para construir un dispositivo para pulmones delicados.
«Hay un gran beneficio para nosotros». Nos hemos beneficiado de la forma en que funcionan las colaboraciones de física de partículas», dijo Steve Brice, jefe de la División de Neutrinos de Fermilab. «La estructura ya establecida tiene grandes grupos multidisciplinarios internacionales. Podemos reasignar esa estructura para trabajar en algo diferente, y puede moverse mucho más rápido».
El MVM está inspirado en el Manley ventilador construido en la década de 1960. El diseño es simple, económico, compacto y solo requiere oxígeno comprimido (o aire medicinal) y una fuente de energía eléctrica para funcionar. El toque moderno proviene de la electrónica y el sistema de control.
«Nos estamos concentrando en el software y dejando que el hardware sea lo más mínimo posible», dijo Stephen Pordes, miembro de DarkSide y Científico del Fermilab destinado en el CERN para trabajar en un prototipo de detector para el Experimento de neutrinos subterráneos profundos, conocido como DUNE. Ha ofrecido su tiempo como voluntario para coordinar algunos de los esfuerzos de MVM junto con Cary Kendziora de la División de Física de Partículas de Fermilab. «Este proyecto ha ido creciendo orgánicamente. La gente ve un lugar donde hay una necesidad, y toman su propia iniciativa para ayudar y participar».
El MVM está en construcción. Crédito: colaboración de MVM
Y los voluntarios se han incorporado con una amplia gama de habilidades. La editora técnica de Fermilab, Anne Heavey, se unió para trabajar en la documentación y el manual del usuario, reutilizando el formato del Informe de diseño técnico recientemente publicado para DUNE. Elena Gramellini, una física italiana de neutrinos que trabaja en Fermilab, se puso en contacto con médicos en primera línea en Italia. Jen Raaf, una física de neutrinos que trabaja en experimentos con argón líquido, trabajó con el fabricante de dispositivos médicos Elemaster y dirigió el esfuerzo para reunir todos los elementos necesarios para la aprobación de la FDA.
«Quería sentir que estaba haciendo algo útil», dijo Raaf. «Es realmente agradable ver a la humanidad haciendo cosas buenas por otras personas».
El proyecto no se ha limitado a los investigadores. Mientras trabajaba en los prototipos, el equipo se aseguró de involucrar a médicos, fabricantes de dispositivos médicos y reguladores para garantizar que estuvieran haciendo algo útil para los hospitales, creando algo con una cadena de suministro sólida que pudiera producirse rápidamente y construyendo el ventilador con las especificaciones correctas.
«Uno de los problemas clave fue traducir entre lo que técnicamente hace la máquina y cómo los operadores interactuarían con la máquina en sí», dijo Gramellini. «Ha sido un gran aprendizaje de mi parte tratar de ver el ventilador de la forma en que un médico operaría la máquina».
Expertos de la industria y la medicina estuvieron disponibles para consultas; los médicos probaron los prototipos de MVM en simuladores de respiración. Detrás de todas las largas horas extra y el estrés del intenso proyecto había un sentido de urgencia y motivación para todos los involucrados.
«Nunca había visto que algo se concretara a esta velocidad», dijo Heavey. «Es simplemente fenomenal».
Con colaboradores distribuidos en 10 zonas horarias diferentes, el trabajo en varios sistemas pudo continuar casi las 24 horas del día, lo que permitió a MVM avanzar desde la publicación de un documento preliminar el 23 de marzo hasta la aprobación de la FDA. el 1 de mayo.
Esquema del Ventilador Mecánico Milano. Crédito: colaboración MVM
«Está en nuestro ADN colaborar a través de las fronteras y en tiempo real como físicos de partículas», dijo Galbiati. «A medida que aumentaban las fronteras y las cadenas de suministro se volvían más difíciles, seguía siendo un faro de esperanza para mí poder colaborar internacionalmente. Es importante ver que mientras el virus se propaga por todo el mundo a la velocidad de los aviones, la investigación es propagándose a la velocidad de Internet. Y si hay una manera de derrotar al virus, es si la investigación puede prevalecer».
Si bien los físicos están acostumbrados a colaborar a distancia, lo hacen mientras trabajan a distancia y el distanciamiento social agregó una nueva arruga. Trabajando desde casa, los investigadores no tenían acceso a todas las herramientas que tendrían en el trabajo todas las piezas que necesitaban para probar en un solo lugar. En cambio, conectaron varios componentes a través de Internet. Entonces, un microcontrolador en Italia podría conectarse y recibir software escrito en los Estados Unidos, y luego hacer que alguien pruebe la interfaz en una pantalla táctil en Canadá.
«Si me hubieras preguntado antes de todo esto si era posible, Hubiera dicho que no, que llevaría meses”, dijo Marco Del Tutto, físico de neutrinos en Fermilab que trabajó en el software y los microcontroladores junto con Gennadiy Lukhanin de la División de Computación Científica. «Nunca antes había hecho algo así y no estábamos seguros de tener éxito. Pero todos acordamos que al menos deberíamos intentarlo. Se lo debíamos a todos».
A principios de abril, Los prototipos completos de unidades MVM en cajas temporales impresas en 3D se abrieron paso a través de rigurosas pruebas en Italia y con colaboradores de todo el mundo y funcionaron. Eric Dahl, científico de Fermilab y de la Universidad Northwestern, pudo usar un simulador de respiración en Northwestern Simulation (un centro de capacitación clínica que forma parte de la Escuela de Medicina Feinberg) para probar uno de los primeros prototipos y brindar información sobre el camino hacia el diseño aprobado. El MVM ahora funciona correctamente en dos modos: ventilación completa de un paciente y soporte respiratorio.
«Este esfuerzo es la demostración de que la comunidad de física de partículas presta atención a la aplicación de la investigación básica para las necesidades sociales», dijo Fernando Ferroni, profesor del Instituto de Ciencias Gran Sasso y ex presidente de INFN, el Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia. «Haber aplicado los esfuerzos de cientos de personas de manera muy eficiente fue posible gracias al nivel de organización y la visión compartida de esta comunidad. Es un resultado sorprendente, de hecho».
El resultado final es una -ventilador de origen con piezas listas para usar que el equipo de MVM espera que cierre la brecha entre la oferta y la demanda en un corto plazo. Los diseños de hardware y software se harán de acceso público, por lo que, en principio, cualquier persona en el mundo podría hacer su propia versión. Galbiati ahora está trabajando con Elemaster y otros fabricantes en la primera producción a granel y llevando ventiladores a donde más se necesitan.
«Ha sido maravilloso trabajar con un grupo de científicos y ingenieros», dijo Art McDonald, premio Nobel y responsable de la participación de Canadá en MVM. «Todos han estado trabajando duro en esto porque lo ven como una forma en que pueden usar sus habilidades para ayudar en esta crisis mundial. Estamos muy agradecidos por las contribuciones de los miembros de nuestro equipo y por todo el apoyo externo que hemos recibido. .»
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Siga las últimas noticias sobre el brote de coronavirus (COVID-19) Más información: Ventilador mecánico Milano (MVM): un nuevo ventilador mecánico diseñado para la producción a gran escala en respuesta a las pandemias de COVID-19: arxiv.org/abs/2003.10405v3: arXiv:2003.10405v3 [physics.med-ph] Proporcionado por Fermi National Accelerator Laboratory Cita: Ventilador simplificado diseñado por la comunidad de física de partículas obtiene Aprobación de la FDA (8 de mayo de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2020-05-ventilator-particle-physics-fda.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.