De naves espaciales a naves médicas
Fuente: Loren Grush @lorengrush. The Verge.
Trabajando como ingeniero en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, David Van Buren generalmente pasa su tiempo diseñando y construyendo instrumentos para telescopios espaciales o robots que explorarán otros mundos en nuestro Sistema Solar. Pero durante el último mes, Van Buren y un grupo de sus colegas en JPL han estado trabajando en un proyecto que es un terreno verdaderamente inexplorado para ellos: hacer un ventilador para ayudar a los pacientes enfermos con COVID-19.
Si bien Van Buren tenía experiencia previa en ingeniería médica, nunca había diseñado un ventilador. Pero él y sus compañeros de trabajo en JPL están acostumbrados a hacer cosas que no tienen experiencia. De hecho, están acostumbrados a hacer cosas que nadie tiene experiencia en hacer.
“ESTAMOS ACOSTUMBRADOS A BUSCAR NUEVOS PROBLEMAS … Y DESCUBRIR CÓMO RESOLVERLOS”.
“Cuando un científico se acerca a nosotros y dice que quieren ir a la luna de Júpiter y perforar el hielo y ver qué hay debajo, eso es algo que nunca se había hecho”, dice Van Buren a The Verge. “Estamos acostumbrados a buscar nuevos problemas, cosas que la gente no ha hecho antes o al menos que no hemos hecho antes, y descubrir cómo resolverlos”.
Después de un torbellino de 37 días de investigación, planificación y retoques, un subconjunto de ingenieros de JPL ha creado un prototipo que llaman el ventilador VITAL. Una caja digital blanca con un tubo de respiración conectado, el ventilador está en algún lugar entre los sofisticados ventiladores de alta gama que necesitan los pacientes más enfermos y una simple bolsa ambulatoria que se puede usar como una medida temporal para exprimir rápidamente el aire hacia los pulmones. El equipo no quería interferir con la producción de los ventiladores más críticos, por lo que el ventilador VITAL está destinado a los pacientes que aún necesitan soporte respiratorio pero que no se encuentran en las condiciones más extremas. Es una herramienta temporal diseñada para durar solo tres o cuatro meses en un hospital.
VITAL está diseñado específicamente para personas con COVID-19, lo que ayudó a guiar su diseño. “Se reduce en todas las cosas que puede hacer, simplemente retener las funciones necesarias para los pacientes con COVID-19”, dice Van Buren.
El ventilador VITAL.
Imagen: NASA
Durante enero y febrero, Van Buren había estado siguiendo las noticias sobre la propagación de COVID-19 en China con creciente preocupación. Las pandemias han estado en su mente desde el brote de H1N1 en 2009, cuando su hija tuvo que ser hospitalizada debido a la nueva cepa de gripe.
Cuando se hizo evidente a principios de marzo que había una propagación comunitaria de COVID-19 en Washington y California, Van Buren realmente comenzó a centrarse en lo que podía hacer para ayudar. Los primeros modelos sugirieron que los hospitales no tendrían suficiente capacidad o equipo para manejar la afluencia de pacientes con COVID-19. Van Buren pensó que JPL podría ser un activo en la pelea. Un día, se topó con Rob Manning, ingeniero jefe de JPL, en la cafetería del centro, y comenzaron a hablar sobre lo que podían hacer. “Ambos habíamos estado pensando, dadas las circunstancias, tal vez los proyectos en los que estábamos gastando nuestro tiempo podrían no ser las cosas más importantes que podríamos estar haciendo, dado lo que ambos reconocimos que estaba por suceder”, dice Van Buren.
“APLICAMOS MÁS O MENOS EL PATRÓN QUE APLICAMOS CUANDO CONSTRUIMOS UN INSTRUMENTO PARA ATERRIZAR EN MARTE”.
Manning encontró dinero para formar un pequeño equipo, y el proyecto comenzó el 16 de marzo. El grupo contactó a un neumólogo llamado Michael Gurevitch que ha estado trabajando en ventiladores durante décadas. Entró y le dijo al equipo los requisitos exactos que se necesitaban para los ventiladores, mientras que un empleado de JPL tomó notas detalladas en una pizarra gigante.
“Aplicamos más o menos el patrón que aplicamos cuando construimos un instrumento para aterrizar en Marte y, por ejemplo, perforamos la superficie y tomamos medidas de lo que está abajo”, dice Van Buren. “Nos relacionamos con los científicos. En este caso, nos relacionamos con los médicos para saber qué se necesita exactamente, de modo que podamos diseñar un instrumento, o en este caso, un ventilador”.
Finalmente, otras personas en JPL se unieron al proyecto, incluida Michelle Easter. Normalmente, ella trabaja en mecanismos conocidos como actuadores. Estos motores se utilizan para desplegar o rotar instrumentos como paneles solares durante una misión.
“Los actuadores son a menudo una combinación de mecanismos y electrónica”, dice Easter a The Verge. “Y eso es exactamente lo que es el dispositivo VITAL; es un mecanismo controlado por electrónica integrada, y ese tipo de diseño es algo muy cómodo para mí “.
Para hacer VITAL, el equipo trató de usar la mayor cantidad posible de piezas comunes, como tubos, motores, válvulas y pantallas electrónicas. De esa manera, cualquiera que fabrique el dispositivo en el futuro no necesitaría pedir algo especial para un ventilador más sofisticado. El equipo descubrió que las empresas y los proveedores estaban ansiosos por ayudar a proporcionar suministros que pudieran ser escalables. Y cuando no tenían lo que JPL necesitaba, les daban referencias.
“LAS EMPRESAS SOLO ESTABAN ABRIENDO SUS ROLODEXES Y DÁNDONOS LOS NOMBRES DE SUS COMPETIDORES”.
“Las empresas simplemente estaban abriendo sus Rolodexes y dándonos los nombres de sus competidores”, dice Easter, “que no es lo que piensas para una mentalidad empresarial. Pero la gente arrojó toda la competencia tradicional por la ventana”.
Finalmente, el equipo se decidió por el diseño VITAL final. Debido a que la máquina está diseñada para pacientes con COVID-19, se enfoca en proporcionar aire con delicadeza a los pulmones rígidos, un síntoma característico del virus. Los pulmones rígidos tienen más dificultades para expandirse, por lo que los pacientes luchan por obtener suficiente aire para respirar. VITAL está destinado a proporcionar suficiente presión de aire a los pacientes para inflar sus pulmones, pero no tanto como para que los pulmones se expandan en exceso. La máquina también funciona para garantizar que los pulmones no se desinflen completamente. Los pacientes con COVID-19 tienen daño pulmonar que hace que los lados de sus pulmones se inflamen y se vuelvan pegajosos. Si todo el aire sale de sus pulmones y los lados se tocan, podrían unirse y hacer que sea aún más difícil volver a abrir. Por lo tanto, VITAL intenta mantener los pulmones ligeramente inflados cada vez que los pacientes exhalan.
JPL está equipado con varias instalaciones de prueba, como una cámara de vacío gigante utilizada para someter la nave espacial a entornos extremos.
Imagen: NASA
Ahora que el equipo tiene un prototipo que funciona, han pasado a las pruebas ambientales con el dispositivo. Cada vez que la NASA envía una nave espacial a otro mundo, cada vehículo debe estar sujeto a condiciones extremas, como temperaturas amplias, vibraciones intensas, sonidos fuertes y más, para ver si puede soportar el duro entorno del espacio. También se necesitan muchas de esas mismas pruebas para calificar el equipo médico, y JPL tiene las instalaciones para ejecutarlas, incluida una cámara de vacío gigante y configuraciones para sacudir el hardware rigurosamente.
“Construimos naves espaciales, no dispositivos médicos, pero hay muchos elementos similares, porque ambos tienen que ser sistemas de confiabilidad extremadamente alta, por diferentes razones”, dice Easter. “Para las naves espaciales, una vez que lo colocas en el espacio, nunca podrás ir a arreglarlo. Por lo tanto, debemos verificar que sea absolutamente perfecto y que funcione exactamente como esperamos en todas las condiciones. Luego, por supuesto, para los dispositivos médicos, estamos conectando esto a un humano; tenemos que verificar que no vamos a lastimar a una persona. Ambos son muy, muy importantes “.
Dado que la Administración de Alimentos y Medicamentos está alentando a las organizaciones a crear nuevos dispositivos rápidamente para combatir el COVID-19, muchas de las pruebas que generalmente se requieren para certificar el equipo ya no son necesarias. Pero JPL todavía tiene que hacer pruebas de elevación con VITAL para ver si la máquina funcionará en lugares como Denver, por ejemplo. También necesitan hacer pruebas de interferencia electromagnética, que determinarán si VITAL puede funcionar normalmente si alguien está, por ejemplo, hablando por un teléfono celular cercano.
“CONSTRUIMOS NAVES ESPACIALES, NO DISPOSITIVOS MÉDICOS, PERO HAY MUCHOS ELEMENTOS SIMILARES”.
El 30 de abril, JPL recibió la noticia de la FDA de que VITAL recibirá una autorización de uso de emergencia. Ahora que tienen la aprobación, el equipo enviará el diseño a las empresas que pueden producir VITAL en masa y entregar los ventiladores a los hospitales que lo necesiten. “No hacemos producción”, dice Van Buren. “Hacemos uno o dos de un tipo, y los enviamos a Marte o Saturno o en algún lugar. Y así, hemos contratado a un par de compañías para que nos ayuden a comprender los aspectos de producción en masa”.
No está claro cómo procederá el equipo cuando el ventilador VITAL se envíe al mundo. Muchas de las personas en el equipo pusieron en pausa sus proyectos normales para preparar este ventilador lo antes posible. Es probable que vuelvan a diseñar sondas espaciales interplanetarias muy pronto, pero su breve paso en el mundo médico les ha animado.
“Creo que todos en el equipo están tan agradecidos de que tengamos algo positivo para contribuir en nuestra capacidad intelectual y nuestro trabajo en equipo”, dice Easter. “Definitivamente nos ayuda a sentirnos empoderados en una situación de otra manera impotente”.
Actualización 30 de abril, 6:30 p.m. ET: Este artículo se actualizó para indicar que el ventilador VITAL había recibido autorización de uso de emergencia de la FDA.