L'intolleranza all'esercizio fisico o l'incapacità di esercitarsi fisicamente senza respiro corto o affaticamento estremo, non è raro. Per le persone con questa condizione, attività semplici come fare la spesa o salire le scale possono essere proibitive. Questi stessi sintomi caratterizzano molte malattie, tra cui la polmonite da insufficienza cardiaca e l'asma, e la scoperta della causa a volte si riduce a un esame elaborato e costoso chiamato test di esercizio cardiopolmonare (CPET).
Normalmente, la CPET prevede di allenarsi fino all'esaurimento su un tapis roulant o su una cyclette, mentre indossa una maschera invasiva, una clip per il naso e un elettrocardiogramma. I medici osservano l'azione dei polmoni, dei muscoli e del cuore del paziente e cercano di capire da dove proviene il problema. Anche in questo caso il test, che costa migliaia di dollari e richiede la creazione di un team di persone, può essere inconcludente e deve essere ripetuto per sapere se il trattamento o le prescrizioni funzionano.
Un CPET migliore è stata la sfida che lo scorso autunno il cardiologo generale di massa Maulik Majmudar ha presentato agli studenti della classe di progettazione di dispositivi medici del MIT. Nella classe, che ha visto circa 50 studenti all'anno da quando è iniziato nel 2004 come un approccio più pratico a una classe di progettazione di dispositivi preesistente, i professionisti medici presentano un problema che hanno riscontrato nella pratica. Studenti laureati e alcuni studenti universitari si uniscono in gruppi di membri del team da tre a cinque, ricevono un budget che proviene in parte da donatori del settore e hanno il compito di trovare una soluzione.
“L'industria dei dispositivi medici, nel suo incredibile conservatorismo, in realtà non è molto aperta all'innovazione. Gran parte dell'innovazione sta avvenendo nelle startup ”, afferma Nevan Hanumara, ricercatore presso il MIT e uno degli istruttori del corso con il fondatore Alexander Slocum. "Quello che penso sia un po 'unico in ciò che facciamo è la produttività nel generare nuove idee che siamo effettivamente riusciti ad avere in un formato educativo".
Il professor Alex Slocum (a destra) lavora con gli studenti Alban Cobi e Steven Link, che stanno sviluppando un fantasma regolabile per la convalida della radioterapia. (John Freidah) Due studenti universitari di ingegneria elettrica, Alexander Mok e Andreea Martin, hanno unito le forze con due ingegneri meccanici e uno studente di progettazione e gestione integrata, e hanno iniziato un rigoroso processo di ricerca, progettazione e iterazione per sviluppare un test più efficace e conveniente. Il gruppo di Mok e Martin ha ideato un monitor sanitario indossabile in grado di misurare la frequenza cardiaca e la quantità di gas inalata in un respiro. Il dispositivo valuta l'interazione del cuore e dei polmoni del paziente durante il giorno. "Quello che stiamo cercando di trovare sono più dati a lungo termine su una scala molto più piccola di attività fisica", afferma Martin.
Il design non è nato dal nulla. Majmudar li ha guidati, incontrandosi settimanalmente, presentandoli ai clinici che lavorano sul campo e aiutandoli a organizzare i test con i volontari. Il concetto è nato con l'idea di utilizzare elettronica e sensori moderni e miniaturizzati in un pacchetto indossabile, in modo che i medici potessero leggere i dati per un arco di tempo nella vita di un paziente, non solo test di laboratorio isolati. Alla fine dello scorso semestre, Mok ha realizzato il suo primo prototipo, che comprende i sensori in una maglietta, e ha fatto diversi CPET per il confronto.
Le studentesse di ingegneria meccanica Elizabeth Mittman, Alban Cobi e Luke Gray lavorano con Piotr Zygmanski (a destra) al Brigham and Women's Hospital. (John Freidah) Sebbene la maggior parte dei progetti della classe finisca con la classe, alcuni - come Mok e Martin - continuano in un secondo semestre, dove perfezionano le loro invenzioni e le sviluppano come prodotti, e anche oltre, come startup o tecnologia su licenza. Occasionalmente, ciò significa brevettare, motivo per cui Mok e Martin hanno rifiutato di condividere i dettagli della loro tecnologia. Dei cinque membri del loro team, solo Mok e Martin hanno continuato il progetto. Stanno attualmente lavorando per confrontare i loro risultati con i CPET tradizionali - il test di Mok con il dispositivo del gruppo è stato abbastanza simile al suo CPET per mostrare la promessa - e la costruzione di un secondo prototipo che migliora il fattore di forma. Esamineranno anche il percorso normativo, effettueranno ricerche di mercato e inizieranno lo sviluppo del business.
In passato, un medico che trattava pazienti con basso livello di testosterone aveva bisogno di un sistema monouso, quindi i pazienti potevano applicare il proprio. Gli studenti di ingegneria hanno imparato abbastanza farmacologia per inventare una nuova siringa che mantiene separati i diversi componenti del trattamento fino al suo utilizzo, e ora stanno lavorando con investitori angel e partner del settore per lanciare il dispositivo. Prima di ciò, gli studenti che hanno costruito una maglietta che misura i disturbi del sonno si sono orientati verso tutine per il monitoraggio dei bambini e incorporati nel 2011 come Rest Devices, Inc. Ora disponibile, il monitor tutina, chiamato Mimo, tiene traccia del sonno, della posizione, della respirazione e della temperatura della pelle, e lo trasmette tramite un'app telefonica.
In passato, gli studenti di ingegneria hanno imparato abbastanza farmacologia per inventare una nuova siringa che mantiene separati i diversi componenti del trattamento fino al suo utilizzo. (Recon Therapeutics) La classe di Hanumara, sebbene costruita su una comunità che coinvolge istruttori, tecnici sanitari e soprattutto clinici, non è sola; i centri di prototipazione medica si sono moltiplicati nelle università di tutto il paese e del mondo, dagli studi universitari ai programmi post dottorato. Duke, l'Università del Minnesota, Johns Hopkins, Georgia Tech e oltre un centinaio di altri costituiscono l'Alleanza per l'ingegneria biomedica, l'innovazione, il design e l'imprenditorialità, che si riunisce per condividere risorse ed esperienze tra i programmi. Uno dei più antichi, Stanford Biodesign, è stato fondato nel 2001 da Paul Yock, un professore di medicina e bioingegneria di Stanford che ha cercato di formalizzare il tipo di educazione pratica e mentoria che ha ricevuto dagli imprenditori esperti che lo hanno aiutato a fondare un'azienda che produceva malattie cardiovascolari dispositivi e autorizzano un'invenzione di angioplastica con palloncino over-the-wire durante la sua formazione a Stanford, decenni prima.
Stanford Biodesign offre anche corsi di laurea e di laurea, ma il suo obiettivo principale è un programma a tempo pieno di tipo semestrale per due semestri che Yock definisce una "scuola di finitura per inventori di tecnologie sanitarie". Gli studenti trascorrono due mesi in immersione clinica, in cui devono trovare 200 "bisogni" da filtrare in base a quanto sono importanti, quanto sono risolvibili, quanto commerciabili e anche se i percorsi esistenti di proprietà intellettuale e FDA sono fattibili.
"L'intero mantra del nostro programma è che il bisogno ben caratterizzato è il DNA di una buona invenzione", afferma Yock. Gli studenti "ottengono un'idea osservativa di prima mano di ciò che può essere migliorato". Circa 200 studenti hanno completato il programma e circa la metà è passata alle startup. Forse nella più grande storia di successo finora, l'alunno Uday Kumar ha fondato iRhythm, una società di assistenza sanitaria digitale che crea una patch di monitoraggio cardiaco intelligente che invia i dati direttamente ai medici ed è diventata lo standard del settore. Altri sono atterrati presso aziende esistenti o hanno persino avviato programmi simili in altre università.
Secondo Hanumara e Yock, l'apertura dell'innovazione è particolarmente importante nell'attuale sistema medico, che deve trovare il modo di fornire cure migliori con un budget limitato.
"Alla fine, quando insegni, il prodotto migliore, più eccitante che puoi trovare sono le persone che hanno successo nelle loro professioni", afferma Hanumara.
