La pandemia de coronavirus ha provocado una grave escasez de equipos médicos utilizados para ayudar a los pacientes a respirar.
En respuesta, un grupo de ingenieros de UCL y de Mercedes-AMG HPP, de la Fórmula 1, se unió para crear un dispositivo de presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP) que ayudara a respirar a pacientes en estado crítico.
Clare Elwell, profesora de Física Médica de UCL, explica cómo el equipo pudo fabricar los dispositivos con tanta rapidez y enviarlos al frente para ayudar.
A medida que la pandemia de coronavirus se extiende a casi todos los países del mundo, el número de pacientes hospitalizados que necesitan asistencia respiratoria está alcanzando cifras sin precedentes. No es fácil para los fabricantes fabricar rápidamente grandes cantidades de ventiladores adicionales, por lo que es probable que haya un desequilibrio entre la oferta y la demanda del equipo necesario para prestar esta asistencia.
Para aliviar este problema, un equipo de ingenieros de UCL (la universidad de Londres donde trabajo) y del fabricante de motores de Fórmula 1 Mercedes-AMG HPP ha estado trabajando a toda máquina para fabricar grandes cantidades de dispositivos de presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP). Esta máquina, similar a las que se utilizan habitualmente para tratar la apnea del sueño, puede ayudar a pacientes con problemas respiratorios graves y liberar ventiladores para los pacientes en estado más crítico.
Como ocurre con todo lo relacionado con el coronavirus, la rapidez es esencial. El equipo logró pasar de la ingeniería inversa de un producto original y la creación de un nuevo diseño a las pruebas, la aprobación reglamentaria y la producción a gran escala en menos de 10 días.
En el plazo de un mes, se entregaron 10.000 dispositivos para cumplir el objetivo del Gobierno del Reino Unido, y Mercedes reconvirtió toda su planta de Brixworth, Northampton, para producir 1.000 al día. Los diseños y las instrucciones de fabricación ya se han puesto a disposición, sin coste alguno, de gobiernos, fabricantes, académicos y expertos sanitarios de todo el mundo. En una semana, se habían compartido con más de 1.300 equipos de 25 países.
El ritmo asombroso de este proyecto fue posible gracias a la coordinación de colaboraciones académicas, industriales y clínicas ya establecidas, bajo el paraguas del Instituto de Ingeniería Sanitaria de UCL. El equipo se movilizó rápidamente para centrarse en una necesidad inmediata y claramente definida.
El proyecto comenzó cuando Tim Baker, profesor de ingeniería mecánica, se puso en contacto con sus colaboradores de larga trayectoria Andy Cowell y Ben Hodgkinson, de Mercedes AMG HPP. El 18 de marzo se reunieron en MechSpace, una instalación inaugurada recientemente en el centro de Londres para estudiantes de ingeniería mecánica.
Baker presentó a los ingenieros de Mercedes un generador de flujo CPAP convencional que le había entregado Mervyn Singer, profesor de medicina de cuidados intensivos en los Hospitales de UCL, con una instrucción sencilla: «Necesitamos más de estos». Singer había recibido mensajes de médicos de Italia y China que compartieron sus experiencias con el CPAP como una ayuda importante para atender a pacientes con coronavirus.
Presión continua
A diferencia de la ventilación mecánica, el CPAP no requiere introducir un tubo en la tráquea del paciente. En su lugar, la presión continua del aire (ligeramente superior a la presión atmosférica normal), aplicada mediante una mascarilla, mantiene abiertas las vías respiratorias y proporciona al paciente aire enriquecido con oxígeno. Esto reduce el esfuerzo que debe hacer para respirar sin necesidad de sedarlo.
Un generador de flujo CPAP funciona aprovechando un fenómeno conocido como el efecto Venturi. Un chorro de oxígeno de alto flujo atrae el aire de la habitación a su alrededor y genera un flujo de salida elevado de aire enriquecido con oxígeno. Después, unas válvulas mecánicas permiten ajustar la presión y la concentración de oxígeno.
La ventaja de este diseño es que no tiene piezas móviles. Esto permitió al equipo realizar ingeniería inversa del dispositivo: midieron meticulosamente cada dimensión y las plasmaron en un modelo informático tridimensional y en planos de fabricación.
Durante los dos días siguientes, MechSpace se convirtió en el carril de boxes del proyecto: los ingenieros del equipo Mercedes aplicaron conocimientos de la industria de la F1 para acelerar el diseño y la fabricación del prototipo. Recurrieron a las habilidades de tres antiguos estudiantes de UCL: Jamie Robinson, Alex Blakesley e Ismail Ahmad. En particular, utilizaron el software comercial Mashoom, que Robinson había desarrollado durante sus estudios para gestionar y almacenar los diseños informáticos que servirían de base al proceso de producción.
La mentalidad competitiva del equipo Mercedes impulsó el proceso a una velocidad vertiginosa. Hodgkinson lanzó el reto de completar el ciclo en 24 horas: desde que entrara por la puerta de MechSpace hasta que cortara los materiales para el prototipo en la línea de producción comercial de Brixworth. El equipo no alcanzó el objetivo, pero solo se retrasó dos horas.
Mientras el equipo trabajaba día y noche, enviaron a uno de sus integrantes a comprar provisiones esenciales, entre ellas artículos de aseo y una muda de ropa. Las camisetas que compraron en la tienda más cercana se convirtieron, sin proponérselo, en el uniforme del equipo, y el logotipo de las camisetas se adoptó como nombre del sistema CPAP: UCL-Ventura.
Aprobación reglamentaria
La aprobación reglamentaria de los dispositivos médicos es un proceso largo que a menudo puede durar años. Sin embargo, el equipo se centró deliberadamente en realizar ingeniería inversa de un dispositivo sin patente, el Respironics WhisperFlow, que llevaba décadas utilizándose en el NHS. Esto permitió que la Agencia Reguladora de Medicamentos y Productos Sanitarios del Reino Unido (MHRA) aprobara rápidamente el dispositivo para su uso.
Las alianzas que ya existían a través del Instituto de Ingeniería Sanitaria de UCL, dirigido por la profesora Rebecca Shipley, también fueron cruciales para la rapidez de este proyecto.
El equipo trabajó en estrecha colaboración con varios socios del sector para comprobar la disponibilidad y organizar el suministro de otros componentes regulados clave, incluidos sensores de oxígeno y mascarillas. El diseño Mark I comenzó a probarse clínicamente en pacientes de los Hospitales de UCL y hospitales asociados el 27 de marzo, y el pedido del Gobierno se confirmó cuatro días después.
Los ingenieros mecánicos de UCL, entre ellos Tom Peach, Tom Rushton, Peter Weston y James Weaver, han seguido trabajando a toda máquina en MechSpace y durmiendo en un hotel contiguo. Ya se ha aprobado una versión Mark II del dispositivo que reduce considerablemente las necesidades de oxígeno del sistema. Este es el diseño que ahora se ha puesto a disposición para la respuesta mundial a la COVID-19.
Gracias a la colaboración, la innovación y la transferencia de conocimientos, este equipo interdisciplinario pudo avanzar con la rapidez necesaria para llevar esta tecnología sanitaria vital al frente de la lucha contra esta enfermedad.
