Con la pandemia di coronavirus che si sta diffondendo in quasi tutti i paesi del mondo, il numero di pazienti ospedalieri che necessitano di supporto respiratorio sta diventando senza precedenti. Non è facile per i produttori produrre rapidamente un numero enorme di ventilatori aggiuntivi, quindi è probabile che ci sia uno squilibrio tra domanda e offerta delle attrezzature necessarie per fornire questo supporto.
Per alleviare questo problema, un team di ingegneri dell’UCL (l’università di Londra dove lavoro) e il produttore di motori di Formula 1 Mercedes-AMG HPP hanno lavorato a pieno ritmo per produrre un gran numero di dispositivi CPAP (pressione positiva continua delle vie aeree). Questa macchina, simile a quelle comunemente usate per trattare apnea notturnapuò supportare i pazienti con gravi problemi respiratori, liberando i ventilatori per i malati più critici.
Come per tutte le cose legate al coronavirus, la velocità è essenziale. Il team è riuscito a passare dal reverse engineering di un prodotto originale alla produzione di un nuovo progetto, attraverso test e approvazione normativa, alla produzione su vasta scala in meno di 10 giorni.
Nel giro di un mese, sono stati consegnati 10.000 dispositivi per raggiungere l’obiettivo del governo britannico, con Mercedes che ha riconvertito il suo intero stabilimento a Brixworth, Northampton, per produrne 1.000 al giorno. La progettazione e le istruzioni di produzione sono state ora rilasciate, senza alcun costo, a governi, produttori, accademici ed esperti sanitari di tutto il mondo. Nel giro di una settimana sono stati condivisi con più di 1.300 team in 25 paesi.
Il ritmo sorprendente di questo progetto è stato reso possibile da un allineamento di collaborazioni accademiche, industriali e cliniche consolidate, che lavorano sotto l'egida dell'Istituto di ingegneria sanitaria dell'UCL. Il team è stato rapidamente mobilitato per concentrarsi su un bisogno immediato e chiaramente definito.
James Tye/UCL
Il progetto è iniziato quando Tim Baker, professore di ingegneria meccanica, ha contattato i suoi collaboratori di lunga data Andy Cowell e Ben Hodgkinson della Mercedes AMG HPP. Il 18 marzo si sono incontrati al MechSpace, una struttura recentemente aperta nel centro di Londra per studenti di ingegneria meccanica.
Baker ha regalato agli ingegneri Mercedes un generatore di flusso CPAP convenzionale fornitogli da Mervyn cantante, professore di medicina di terapia intensiva presso gli ospedali dell’UCL, con una semplice istruzione: “Ne abbiamo bisogno di più”. Singer era stato contattato da medici in Italia e Cina che condividevano le loro esperienze con la CPAP come importante aiuto nella gestione dei pazienti affetti da coronavirus.
Pressione continua
A differenza della ventilazione meccanica, la CPAP non richiede l'inserimento di un tubo nella trachea del paziente. Invece, pressione atmosferica continua (leggermente superiore alla normale pressione atmosferica) applicato attraverso una maschera facciale mantiene aperte le vie aeree e fornisce al paziente aria arricchita di ossigeno. Ciò riduce il lavoro che devono fare per respirare senza richiedere la sedazione.
Un generatore di flusso CPAP funziona sfruttando un fenomeno noto come Effetto Venturi. Un getto di ossigeno ad alto flusso attira l'aria ambiente attorno a sé per generare un flusso ad alto rendimento di aria arricchita di ossigeno. Le valvole meccaniche consentono poi di regolare la pressione e la concentrazione di ossigeno.
La bellezza di questo design è che non ha parti mobili. Ciò significava che il team poteva decodificare il dispositivo effettuando misurazioni meticolose di ogni dimensione e traducendole in un modello computerizzato 3D e disegni di produzione.
James Tye/UCL
Nei due giorni successivi, MechSpace è diventato la pit lane del progetto con gli ingegneri del team Mercedes che hanno utilizzato l'esperienza acquisita dall'industria della F1 per accelerare la progettazione e la produzione del prototipo. Hanno attinto alle competenze di tre ex studenti dell'UCL, Jamie Robinson, Alex Blakesley e Ismail Ahmad. In particolare, hanno utilizzato un software commerciale (Mashoom) che Robinson aveva sviluppato durante i suoi studi per gestire e archiviare i progetti informatici che sarebbero stati alla base del processo di produzione.
La mentalità da corsa del team Mercedes ha portato avanti il processo a una velocità vertiginosa. Hodgkinson ha lanciato la sfida di un turnaround di 24 ore tra lui che entrava dalla porta di MechSpace e tagliava i materiali per il prototipo sulla loro linea di produzione commerciale a Brixworth. La squadra ha mancato questo obiettivo, ma solo per due ore.
Poiché il team lavorava 24 ore su 24, uno di loro è stato inviato a fare scorta di beni di prima necessità, inclusi articoli da toeletta e un cambio di vestiti. Le magliette acquistate dal negozio più vicino fornivano inavvertitamente l'uniforme della squadra e il logo della maglietta è stato requisito come nome del sistema CPAP, UCL-Ventura.
Approvazione di regolamentazione
L’approvazione normativa per i dispositivi medici è un processo lungo che spesso può richiedere anni, ma il team si è deliberatamente concentrato sul reverse engineering di un dispositivo senza brevetto, il Respironics WhisperFlow, utilizzato nel servizio sanitario nazionale da decenni. Ciò ha consentito di ottenere rapidamente l'approvazione per l'uso del dispositivo da parte dell'Agenzia di regolamentazione dei medicinali e dei prodotti sanitari (MHRA) del Regno Unito.
Anche le partnership già in atto attraverso l'Istituto di ingegneria sanitaria dell'UCL, guidato dalla professoressa Rebecca Shipley, sono state cruciali per la velocità di questo progetto.
Il team ha lavorato a stretto contatto con una serie di partner del settore per verificare la disponibilità e organizzare la fornitura di altri componenti chiave regolamentati, tra cui sensori di ossigeno e maschere. Il progetto Mark I è stato sottoposto a test clinici su pazienti presso gli ospedali dell’UCL e negli ospedali affiliati il 27 marzo e l’ordine del governo è stato confermato quattro giorni dopo.
Gli ingegneri meccanici dell'UCL, tra cui Tom Peach, Tom Rushton, Peter Weston e James Weaver, hanno continuato a lavorare a pieno ritmo al MechSpace, dormendo in un hotel accanto. Ora è stata approvata una versione Mark II del dispositivo che riduce significativamente il fabbisogno di ossigeno del sistema. Ed è proprio questo progetto che è stato ora reso disponibile per la risposta globale al COVID-19.
Attraverso la collaborazione, l’innovazione e la traduzione, questo team interdisciplinare è stato in grado di procedere abbastanza rapidamente per portare questa tecnologia sanitaria vitale in prima linea nella battaglia contro questa malattia.
