Ingenieros colombianos’ Ventiladores para ser probados en pacientes con COVID
ARRIBA: Ingenieros de la Universidad de La Sabana sometieron su prototipo de ventilador, cuya construcción cuesta menos de $3,000, a una serie de pruebas. CORTESÍA DE LA UNIVERSIDAD DE LA SABANA
En marzo, cuando los casos de coronavirus en Colombia estaban despegando, los funcionarios seleccionaron varios hospitales en el país para atender a los pacientes con COVID-19 que necesitaban cuidados intensivos. El Hospital Docente de la Universidad de La Sabana en la pequeña ciudad de Cha, en las afueras de Bogotá, recibiría pacientes de toda la región de Cundinamarca, una porción de la meseta andina con casi 3 millones de habitantes. Pero el hospital solo tenía 25 ventiladores, apenas suficiente para los cientos de pacientes que se esperaba que se enfermaran tanto que necesitarían ayuda mecánica para respirar.
Sin opciones de ventiladores asequibles en el mercado, el vicepresidente de la Universidad de La Sabana se volvió a Julián Echeverry y sus colegas en el departamento de ingeniería mecánica de la institución, preguntándoles si podían hacer unos cientos de ventiladores desde cero. Obviamente podemos hacerlo, somos ingenieros mecánicos, recuerda haber respondido Echeverry, el director de ingeniería mecánica.
En esencia, un ventilador es una máquina simple que sopla aire rico en oxígeno en un cuerpo y eliminando las exhalaciones cargadas de dióxido de carbono.
Pero cuando el equipo de cinco se puso a trabajar tratando de aplicar ingeniería inversa a uno de los ventiladores del hospital, rápidamente se dieron cuenta de que construir una réplica confiable del instrumento biomecánico no era una tarea trivial. Los robots y vehículos que el grupo solía fabricar eran bastante fáciles de reparar si se estropeaban. Pero si un ventilador tuviera incluso una mínima imperfección, los pulmones de un paciente podrían romperse. Tuvimos que cambiar todo en nuestro proceso de pensamiento porque sabíamos que todo tenía que ser extremadamente confiable, dice Echeverry. La gente podría morir si cometíamos errores. Eso era diferente a todo lo que habíamos hecho antes.
Tres meses después, el equipo había producido un prototipo funcional que podía ventilar a un cerdo sedado. Cuesta menos de $3,000 hacer una fracción del precio habitual, que puede ascender a decenas de miles de dólares. Pero los investigadores aún tienen que superar el obstáculo de demostrar que las máquinas pueden mantener vivos a los pacientes reales.
El grupo de Echeverry es uno de los muchos países de ingresos bajos y medios que compiten para construir reemplazos de emergencia de bajo costo. para los ventiladores estándar de atención que ya se han comprado o se les han dado etiquetas de precios inalcanzables gracias a las guerras de ofertas entre las naciones ricas. Si proyectos como el de Echeverry tienen éxito, no solo podrían salvar vidas, sino también mejorar el diseño de los ventiladores en general y empoderar a las comunidades locales al demostrar que no es necesario ser Philips o una empresa multimillonaria para hacerlos, señala Daniel Kraft, un Empresario biomédico con sede en Silicon Valley y presidente de Exponential Medicine, una conferencia médica anual.
En esencia, un ventilador es una máquina simple que sopla aire rico en oxígeno en un cuerpo y elimina las exhalaciones cargadas de dióxido de carbono. El desafío para ingenieros como Echeverry es asegurarse de que haga ese trabajo de manera consistente y pueda medir con precisión el volumen, la presión y el tiempo de las respiraciones que pasan a través de un paciente. Si la presión de aire que ingresa a los pulmones de un paciente es demasiado baja, sus pulmones podrían colapsar parcialmente y los niveles de oxígeno podrían caer peligrosamente, y si es demasiado alta, literalmente podría hacer un agujero en el pulmón, señala James Frank, quien dirige el equipo pulmonar y crítico. programa de capacitación de becas de cuidado en la Universidad de San Francisco, California. Esta necesidad de precisión en las partes del ventilador que detectan el volumen de aire, la presión y otros factores es en parte lo que hace que las máquinas sean tan costosas.
Echeverry y sus colegas decidieron fabricar su propio sensor mecánico para medir la cantidad de aire que pasa a un paciente, algo que resultó ser su mayor desafío, aunque finalmente los investigadores descubrieron una manera de hacerlo. , dice Echeverry.
Industrias Médicas Sampedro, una empresa con sede en Colombia que fabrica implantes para cirugía traumatológica, lanzó varios de sus propios proyectos de construcción de ventiladores en marzo. Mauricio Toro, director ejecutivo de TECHFIT Digital Surgery, una sucursal de la compañía con sede en Florida, dice que él y sus colegas pudieron reducir costos al obtener componentes de ventiladores localmente. En una colaboración que involucró a tres equipos diferentes, uno liderado por TECHFIT y su empresa matriz, y dos encabezados por universidades locales, Toro y sus colegas crearon tres prototipos diferentes diseñados para ser construidos principalmente con piezas fabricadas por fabricantes colombianos, aunque algunos componentes, como el control de presión. , las válvulas de oxígeno resistentes a la corrosión, que se someten a extensas pruebas de seguridad, aún tuvieron que importarse.
Al igual que el prototipo de la Universidad de Las Sabanas, los tres modelos de Toro han pasado su primera prueba: mantener vivo a un cerdo sedado durante varias horas. mientras que el animal no podía respirar por sí mismo. Ambos equipos tienen como objetivo conectar sus ventiladores a pacientes humanos en las próximas semanas. El grupo de Echeverrys, que acaba de recibir luz verde para comenzar las pruebas, planea ventilar a cinco pacientes humanos con COVID-19, alternando cada cuatro horas con un ventilador comercial que estará en espera todo el tiempo en caso de que algo salga mal con el prototipo del equipo.
Toro está trabajando con el organismo regulador de dispositivos médicos de Colombia, INVIMA, para desarrollar un ensayo para pruebas en humanos. Él dice que ya tiene 100 ventiladores listos en caso de que la pandemia se salga de control antes de que Toro tenga la oportunidad de probar adecuadamente los dispositivos en una situación de emergencia para la cual las autoridades reguladoras aprobarían el uso de los dispositivos. Esperamos sinceramente que no se nos necesite y que el sistema de salud del país sea capaz de hacer frente a la pandemia, dice. Pero en caso de que se sobrepase, estamos felices de estar allí.
Hay docenas de proyectos similares en curso en Colombia.
Aunque los dispositivos aún tienen que ser probado en personas, Frank dice que está impresionado con todos los diseños hasta el momento. Refiriéndose específicamente a uno de los modelos de Toros, señala que, en comparación con un ventilador moderno que ha sido probado y aprobado por la FDA de nuestro país, me preocuparía un poco más, pero su ingenio, su bajo costo y su atención a la mayoría de los detalles clave que preocupan a los médicos me hacen pensar que es un diseño bastante bueno.
Sin embargo, la simplicidad de algunos de estos ventiladores de bajo costo puede tener algunas compensaciones, señala Frank. Los ventiladores de UCI estándar de atención permiten que los propios pulmones de los pacientes también respiren, ajustando la cantidad de aire que ponen en el paciente en consecuencia. Ese tipo de funcionalidad dinámica es un desafío para el ventilador de Echeverry, por ejemplo, que requeriría sedar a los pacientes para que la máquina pueda tomar el control total del proceso de respiración. Eso, sin embargo, dificulta que los médicos evalúen el progreso clínico de los pacientes.
Otro punto para recordar es que los ventiladores por sí solos no son suficientes para preparar una sala de UCI para una pandemia, señala Kraft; eso requeriría acceso a suficientes medicamentos sedantes, anestesiólogos, así como personal capacitado para operar los dispositivos. Para abordar parte de este problema, Toro lanzó un programa de capacitación para que el personal del hospital aprenda a usar sus modelos de ventiladores.
Los grupos TECHFIT y la Universidad de La Sabana son los que más avanzan con sus diseños, pero hay decenas de proyectos similares en curso en Colombia, lo que le da a Echeverry la esperanza de que el país escapará de la grave escasez de ventiladores. Todas las ciudades de Colombia pudieron desarrollar un gran proyecto en torno a la [construcción] de ventiladores, dice. De hecho, estamos muy orgullosos de la ingeniería colombiana.
Esta historia es parte de una serie de The Scientist sobre cómo los investigadores de todo el mundo están colaborando para ayudar en el esfuerzo contra el COVID-19.
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