Durante la COVID-19, los hospitales y los trabajadores sanitarios de todo el mundo se enfrentaron a la escasez de suministros médicos y EPI.
Los ingenieros comenzaron a desarrollar soluciones para comunidades con recursos limitados.
Reutilizar prendas de vestir y desarrollar métodos de saneamiento económicos fueron algunas de las innovaciones de «diseño frugal» que surgieron.
La Dra. Msandeni Chiume Kayuni se encontró en medio de una crisis de suministro cuando la COVID-19 se propagó por África en abril de 2020. Como jefa de Pediatría del Kamuzu Central Hospital, en Lilongwe (Malawi), su equipo afrontó una grave escasez de mascarillas N95 y mascarillas quirúrgicas convencionales. El personal de enfermería y los médicos estaban en huelga.
«Algunos miembros del personal del hospital dejaron de trabajar porque no consideraban que fuera seguro ejercer», nos contó en una entrevista.
La inventiva entró en acción. El equipo de Malawi compró impermeables en el mercado local para usarlos como equipos de protección individual cuando no podía permitirse batas adecuadas, que costaban el triple. A diferencia de las batas desechables, los impermeables podían desinfectarse fácilmente con lejía y reutilizarse.
En todo el mundo, mientras la cadena mundial de suministro de EPI básicos, pruebas diagnósticas y equipos para tratar a pacientes de COVID-19 en estado crítico cedía bajo la presión, el personal médico improvisaba y los ingenieros empezaban a desarrollar soluciones casi de la noche a la mañana. Estudiantes de ingeniería utilizaron talleres de fabricación de sus universidades para inventar y producir nuevas tecnologías —pantallas faciales, estaciones automáticas de lavado de manos, equipos de diagnóstico y equipos de asistencia respiratoria— que permitieron a los trabajadores sanitarios prestar atención eficaz de forma segura.
Como ingenieros que trabajamos en EE. UU. y en Malawi para desarrollar dispositivos médicos eficaces y asequibles para comunidades con recursos limitados, practicamos y enseñamos habitualmente este nivel de ingenio, denominado «diseño frugal».
Llevar la luz a todas partes
El personal médico reutilizó durante semanas o meses mascarillas N95 disponibles, diseñadas para usarse una sola vez, lo que exigió métodos innovadores para desinfectarlas, como calentadores, esterilizadores de gas y luz ultravioleta.
La UVC —luz ultravioleta de onda corta— mata o inactiva los virus, incluido el SARS-CoV-2, el virus que causa la COVID-19. Durante la pandemia, los científicos instalaron sistemas UVC en salas libres de hospitales para desinfectar mascarillas.
El Centro Médico de la Universidad de Nebraska equipó una sala con torres de luz UVC y recubrió las paredes con papel reflectante para maximizar la dosis de luz UVC. Las mascarillas sucias se sujetaban con pinzas a hileras de tendederos tendidos por toda la sala UVC. Un operador encendía las luces desde el exterior y un detector dentro de la sala comprobaba que las mascarillas hubieran recibido una dosis de luz capaz de eliminar los virus. Las mascarillas pueden desinfectarse y reutilizarse varias veces sin que se deteriore su integridad.
Ingenieros de Houston, Malawi y Tanzania colaboraron para reducir el costo de los sistemas de desinfección UVC en salas a menos de US$800; ahora hay varios instalados en hospitales de Malawi y Tanzania. En otros lugares, los ingenieros construyeron estaciones de desinfección adaptando las luces UV de las campanas que se usan normalmente para cultivar células o reutilizando la luz UV de un desinfectador para acuarios.
Innovación local para los EPI
En todo el mundo, estudiantes de ingeniería utilizaron novedosos talleres de fabricación en universidades equipadas con impresoras 3D y cortadoras láser para acelerar la producción local a gran escala de nuevos diseños de EPI. Estudiantes y personal de las dos escuelas de ingeniería de Malawi —Malawi Polytechnic y Malawi University of Science and Technology— y del Dar es Salaam Institute of Technology de Tanzania, adaptaron diseños de código abierto para fabricar pantallas faciales. Consultaron a profesionales clínicos de hospitales colaboradores para mejorar la comodidad y la seguridad, utilizando únicamente materiales disponibles localmente.
Organizaciones de desarrollo, entre ellas UNICEF y el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo, encargaron más de 8.000 pantallas faciales, que se fabricaron localmente y se entregaron a hospitales de la zona.
Repensar los diseños de diagnóstico
Al comienzo de la pandemia, los laboratorios de diagnóstico no podían obtener suministros esenciales para realizar pruebas de COVID-19. A principios de 2020, los principales hospitales y sistemas de salud pública tuvieron dificultades para conseguir hisopos, tubos para muestras, reactivos y equipos necesarios para responder al aumento de la demanda de pruebas.
La primera prueba de COVID-19 disponible se basaba en la reacción en cadena de la polimerasa, o PCR, un método que aumenta la cantidad de ARN viral en una muestra hasta niveles detectables. Este método requiere reactivos y equipos especializados para aislar el ARN viral, transformarlo en ADN y activar el proceso de amplificación.
Debido a la complejidad de las pruebas basadas en PCR y a la escasez de reactivos, los Institutos Nacionales de Salud invirtieron 1.500 millones de dólares en el programa RADx para impulsar a los innovadores a encontrar pruebas diagnósticas novedosas y asequibles. Muchas pruebas innovadoras han recibido autorización de uso de emergencia de la Administración de Alimentos y Medicamentos y ahora se utilizan en todo el mundo.
Por ejemplo, investigadores de Harvard utilizaron una sencilla reacción a una sola temperatura para amplificar el ARN viral, eliminando muchos de los pasos y reactivos necesarios para la PCR y acelerando el tiempo de análisis. Investigadores de Stanford adaptaron el mecanismo del interior de una linterna de juguete para construir una centrífuga sencilla que no necesita electricidad y ayudar a realizar esta nueva prueba de COVID-19 en zonas sin electricidad ni otras infraestructuras de laboratorio.
Reforzar el suministro de ventiladores
En respuesta a la escasez mundial de ventiladores durante los primeros meses de la pandemia del año pasado, los ingenieros diseñaron dispositivos sencillos para proporcionar asistencia respiratoria temporal. Los planos de código abierto de dos sistemas, uno diseñado por el Proyecto de Ventilador de Emergencia del MIT y otro diseñado por estudiantes y personal de la Universidad Rice, están disponibles en línea.
La escasez mundial de oxígeno en países con recursos limitados ha llevado a muchos proveedores de atención sanitaria de esos países a recurrir a la ventilación mecánica. También hay escasez de ventiladores, en parte debido a problemas con un programa estadounidense de donación de ventiladores.
Estudiantes y profesores de la Malawi University of Science and Technology desarrollaron un sistema similar a los ventiladores del MIT y Rice que puede montarse con materiales disponibles en Malawi. Estudiantes de Malawi Polytechnic colaboraron con médicos locales para desarrollar un ventilador con más prestaciones.
Innovación en higiene
Las autoridades de salud pública destacan el papel del lavado de manos, junto con el distanciamiento social y las mascarillas, para frenar la propagación continua de la COVID-19. Sin embargo, muchas escuelas e incluso algunos hospitales en entornos con recursos limitados carecen de agua corriente y lavabos que permitan a estudiantes y pacientes lavarse las manos con regularidad.
En respuesta, Brenald Dzonzi, estudiante de ingeniería de Malawi Polytechnic, diseñó una estación de lavado de manos sin contacto. Al situarse delante de la estación, el usuario recibe automáticamente pequeñas cantidades de jabón y agua de recipientes precargados. El sistema está fabricado con materiales locales y ya está instalado en un hospital de la zona. Hasta 2.000 pacientes pueden lavarse las manos de forma segura antes de que sea necesario rellenar el sistema.
A Dzonzi se le concedió el Premio UNICEF Youth Challenge para financiar el desarrollo continuo de la estación de lavado de manos.
Diseño elegante y sostenible
Cuando un equipo no es adecuado para un entorno —por ejemplo, porque no soporta condiciones calurosas y polvorientas—, acaba desechado en cementerios de equipos, sin servir a nadie. En cambio, los diseños frugales bien ejecutados son sostenibles y adecuados para entornos con recursos limitados.
Un ejemplo de este tipo de diseño elegante es el FoldScope, un microscopio de papel de bajo costo que se utiliza para mejorar el diagnóstico médico y la enseñanza de las ciencias en entornos con recursos limitados. Otros ejemplos son las luces de fototerapia basadas en LED que se utilizan para tratar la ictericia en recién nacidos y los dispositivos CPAP de bajo costo que ofrecen asistencia respiratoria a recién nacidos pequeños y enfermos en centros sanitarios con recursos limitados.
Para promover el diseño frugal, las universidades de todo el mundo están cambiando la forma de enseñar ingeniería —centrándose en el diseño frugal e involucrando a estudiantes como Dzonzi para que inventen soluciones que resuelvan problemas reales. Aunque la pandemia generó una necesidad mundial de diseño frugal, esta práctica es importante en general para reducir la brecha sanitaria entre comunidades con muchos y pocos recursos y llevar servicios de salud a comunidades desatendidas.
