Tecnologías nuevas mejoran los resultados clínicos en pacientes de COVID-19

La pandemia del COVID-19 ha dado lugar a una crisis histórica a nivel mundial. A un año del brote inicial en Wuhan, China, la respuesta de los gobiernos en el tema de la salud pública ha demostrado que los avances no se han caracterizado por su rapidez. Entran aquí en escena los emprendedores tecnológicos del sector privado, que están contribuyendo a resolver algunos de los problemas clínicos más desafiantes de la pandemia. Y muchas de las ideas más originales provienen de innovadores cuyas actividades comerciales principales no se relacionan en absoluto con la atención sanitaria.

Tomemos la ventilación pulmonar. El inicio de la pandemia sorprendió a la comunidad sanitaria internacional con una escasez crítica de respiradores, máquinas que ayudan a los pacientes con pulmones incapacitados a respirar artificialmente. Muchos innovadores del sector tecnológico están introduciendo mejoras en los respiradores para aumentar su rendimiento, efectividad y disponibilidad fuera del ámbito de las unidades de cuidados intensivos sobresaturadas, contribuyendo así a mejorar los resultados clínicos de los pacientes.

El Proyecto BreathEasy es una iniciativa que crea “dobles digitales” de los pulmones humanos para ayudar a los médicos a tomar decisiones más informadas, incluyendo la programación de las pautas del respirador y el tiempo de ventilación artificial de los pacientes, lo que resulta en un uso más eficiente de los escasos recursos de terapia intensiva. Se trata de una iniciativa lanzada conjuntamente por OnScale, una empresa de analítica en la nube con sede en Redwood City, California, y LEXMA, una empresa dedicada a soluciones de dinámica de fluidos computacional avanzada situada en Arlington, Massachusetts.

Mientras tanto, el Institute for Transformative Technologies (ITT) de Oakland, California, está desarrollando la iPAP, una unidad de presión de aire positiva inteligente. Como combinación de una máquina BiPAP con un concentrador de oxígeno integrado, la iPAP podría usarse como terapia pulmonar no invasiva para pacientes de COVID-19 en ámbitos de atención primaria. También podría ser de utilidad donde el uso de respiradores pueda ser complicado, como en lugares remotos en países de bajos recursos.

En Toronto, el gobierno provincial de Ontario encargó a ForceN, un equipo residente de la Outsight Network de los centros tecnológicos de Autodesk, que resolviera el problema de la escasez de sensores de presión para los respiradores. El producto ForceFilm de ForceN es un sistema sensor con el espesor de una hoja de papel, que aporta un “sentido del tacto digital” en la industria automotriz, aeroespacial y de la robótica, al igual que en otras que requieren alta fiabilidad. Con mucha rapidez ForceN logró fabricar un prototipo funcional aplicando su tecnología patentada, que no solo pudo resolver el problema de la escasez de sensores de presión, sino también aumentar la sensibilidad a la presión de una nueva generación de respiradores.

El ingeniero aeroespacial Ian Campbell, líder del equipo multidisciplinario del Proyecto BreathEasy, confiesa: “No me especializo en la fisiología de los pulmones humanos, pero sí sé cómo generar simulaciones de dinámica de fluidos computacional en superordenadores en la nube que permitan escalabilidad masiva. Para hacerlo, creé una empresa llamada OnScale”.

La crisis del COVID-19 llevó a Campbell a buscar formas nuevas de aplicar estos conocimientos especializados. Resultó obvio que los médicos necesitaban evaluar a cada paciente en sí, ya que no es igual la forma en la que la infección ataca los pulmones de cada uno. Basándose principalmente en los datos tomográficos, los ingenieros de OnScale y LEXMA crearon una serie de simulaciones 3D (o sea, un doble digital) de los pulmones de cada paciente, para que cada caso pudiera evaluarse por separado.

Campbell continúa: “En marzo, cuando desarrollamos inicialmente este sistema, los médicos querían saber si hacía falta intubar o no a un paciente, cuál era la presión y el volumen de aire necesarios para cada ciclo respiratorio en caso de intubar, durante cuánto tiempo debía permanecer intubado el paciente y cuáles eran los resultados clínicos que esperar de los distintos períodos y pautas terapéuticas”.

Campbell continúa: “En marzo, cuando desarrollamos inicialmente este sistema, los médicos querían saber si hacía falta intubar o no a un paciente, cuál era la presión y el volumen de aire necesarios para cada ciclo respiratorio en caso de intubar, durante cuánto tiempo debía permanecer intubado el paciente y cuáles eran los resultados clínicos que esperar de los distintos períodos y pautas terapéuticas”.

El tiempo es oro. Si llega un paciente con síntomas de COVID-19, el médico pide una tomografía, que aportará los datos necesarios para generar una simulación 3D. Campbell agrega: “Nuestra solución simula el aire que ingresa en los pulmones, la extracción del oxígeno del aire por parte de los pulmones, etc. Podemos generar simulaciones muy rápido con los superordenadores en la nube”. Este proceso establece una serie de recomendaciones, en especial, si es necesario intubar o no.

Lo tradicional es que los médicos usen pulsioximetría, examen físico y comparación con casos típicos para decidir la intubación de un paciente. Existen buenos modelos para la gripe, pero los modelos de COVID-19 son nuevos y están en cambio constante. Campbell afirma que los dobles digitales ofrecen un contexto analítico superior para la gestión de los resultados clínicos.

El Proyecto BreathEasy se propone usar inteligencia artificial para crear un modelo que aporte precisamente este contexto analítico. Hasta el momento, utiliza un pequeño conjunto de datos de apenas unos centenares de pacientes. El poder predictivo del modelo crecerá a medida que aumente el conjunto de datos de base. El equipo de Campbell está trabajando con varios fabricantes de respiradores con el fin de recopilar más datos de pacientes.

Presuntamente, los dobles digitales permitirán a los médicos evaluar a los pacientes en mayor detalle, lo que a su vez conducirá a mejores resultados clínicos, períodos de intubación más cortos y mayor eficiencia de la gestión de los recursos. “Si los sistemas colapsan, mueren pacientes”, sostiene Campbell.

ITT es una organización sin fines de lucro establecida para abordar problemas globales a gran escala, como la inseguridad alimentaria, la desigualdad económica y los derechos humanos, que a menudo fomenta programas tecnológicos adecuados para los países de bajos recursos. ITT se ha centrado en desafíos que van desde la generación de energía solar a pequeña escala e instalaciones de saneamiento en aldeas hasta proyectos relacionados con la atención sanitaria en el África subsahariana.

“Y entonces, se desató el COVID-19”, dice Noha El-Ghobashy, directora de operaciones de ITT. Esta organización investigó la factibilidad de un respirador de bajo costo para distribuir en África. El problema, según El-Ghobashy, era que más del 90 % de la población africana solo tiene acceso a centros de atención primaria. “No tienen acceso a hospitales de atención terciaria con camas en UCI, profesionales capacitados y suministro de oxígeno confiable”, añade.

Los pacientes de COVID-19 en África necesitan la administración de oxígeno con presión positiva para mantener abiertos los alvéolos pulmonares. Esa es la función de una máquina BiPAP, que normalmente se utiliza en pacientes del primer mundo para controlar el síndrome de apnea obstructiva del sueño, ya sea en el entorno de la atención primaria o en el mismo hogar. No necesita ni canalización ni cilindros de oxígeno, que son escasos en los países de bajos recursos.

En opinión de El-Ghobashy, un equipo BiPAP puede no ser en sí la solución para el COVID-19, pero, en combinación con un concentrador de oxígeno, podría ayudar en la gestión de los pacientes de COVID-19. Afirma que lo ideal sería poder controlar con precisión la presión positiva y maximizar la concentración de oxígeno, manteniendo a la vez el costo de la solución integrada por debajo de los 500 dólares estadounidenses, para que las economías emergentes puedan afrontar el gasto.

El iPAP combina la sencillez y el bajo costo de una máquina BiPAP con las funciones claves de un respirador, más un concentrador de oxígeno y un pulsioxímetro para controlar los niveles y la presión de oxígeno. Lo importante es que la unidad también incluye un esterilizador por ultravioleta para el aire exhalado, a fin de proteger a los médicos y demás personal de aerosoles infecciosos. La concentración y la presión de oxígeno están controladas por la misma unidad o por un teléfono inteligente.

Mientras el dispositivo iPAP esté en desarrollo, se lanzará y comercializará independientemente la unidad “O2pus”, que incorpora máscara, conductos, válvulas y esterilizador, para su uso con máquinas BiPAP estándar.

El-Ghobashy comenta que la infraestructura sanitaria subsahariana es muy frágil. Por ejemplo, mantener un suministro de aire confiable es una limitación muy importante. ITT buscó empresas de oxígeno medicinal locales ya establecidas, pero ninguna resultó sostenible desde el punto de vista financiero. En consecuencia, como iniciativa independiente del iPAP para resolver la escasez de oxígeno subsahariana, ITT lanzó su propio “modelo de franquicia” subvencionado, que ofrece capital y asistencia técnica a empresas locales para establecer plantas de producción de oxígeno a mediana escala. Los fondos filantrópicos están dirigidos a “eliminar el riesgo” de la startup local, pero la expectativa es que adquieran sostenibilidad económica en un corto plazo.

La esperanza de ITT es poder fabricar sistemas iPAP en muchos lugares —India, China, Malasia y Europa Oriental— para evitar las interrupciones potenciales en la cadena logística que los proveedores de respiradores sufrieron al principio de la pandemia.

ForceN se creó en 2015 con enfoque en la robótica quirúrgica e industrial. Rob Brooks, director ejecutivo de ForceN, explica: “Fabricamos sensores de presión especiales para robots quirúrgicos. Así, los robots pueden sentir la fuerza que aplican al cuerpo humano. Ese es nuestro trabajo cotidiano: robótica y automatización de alta fiabilidad”.

ForceN produce una membrana con el espesor de una hoja de papel, integrada en transductores sensores de presión diminutos que generan datos para medir las fuerzas ejercidas sobre la membrana y cómo la deforman. En los casos en los que los cirujanos usarían sus propios dedos para sentir la presión, los sensores de ForceN pueden integrarse a sistemas robóticos y dispositivos médicos para medir fuerzas vitales y así asistir a los cirujanos durante las intervenciones.

La I&D de ForceN en relación con el COVID-19 se originó con una llamada telefónica de Warren Ali, vicepresidente de Auto Parts Manufacturers’ Association (APMA), a Angad Sandhu, vicepresidente de desarrollo empresarial de ForceN, un sábado por la noche. APMA sigue trabajando con la colaboración y el apoyo del gobierno de Ontario para la producción de respiradores.

Sandhu declara: “Los respiradores necesitan sensores de presión. Los empleados hoy en muchos de los respiradores en plaza fueron fabricados por Honeywell en Estados Unidos, principalmente para ese mercado. Existía la preocupación de que los fabricantes de respiradores canadienses no pudieran recibir estos sensores de presión a tiempo para salvar vidas.”

ForceN desarrolló con rapidez una alternativa para el sensor de Honeywell (con escasa inversión y haciendo uso de instalaciones de desarrollo improvisadas durante el confinamiento por la pandemia). Brooks explica: “Con el tiempo, Honeywell pudo incrementar su producción para satisfacer la demanda del mercado, pero ahora los fabricantes de respiradores canadienses cuentan con una fuente de suministro de respaldo gracias a la rápida producción de un prototipo y la fabricación digital de ForceN”.

El sensor de presión controla el flujo de los gases que entran en los pulmones del paciente, junto con la presión con la que se administran dichos gases. La presión puede ser demasiada incluso para pulmones sanos. También agrega: “Lo ideal es un sistema que controle la presión en las vías respiratorias del paciente con una precisión tal que evite lesiones. El mero ingreso forzado del aire puede dañar los pulmones de un paciente. Los respiradores para uso en las UCI típicamente cuentan con cuatro o cinco sensores para controlar la presión y la composición del aire”.

La experiencia previa de ForceN en la fabricación de productos para uso medicinal le significó una ventaja normativa. “No somos el fabricante final del respirador, y por lo tanto, no somos quienes deben solicitar la autorización de los entes reguladores”, continúa Brooks. “Pero ya sabemos cómo funcionan los procesos de aprobación en Estados Unidos y Canadá”.

En muchos países, equipos con financiación gubernamental unieron sus esfuerzos para producir conjuntamente más respiradores, reparar los dispositivos viejos o con desperfectos y localizar existencias olvidadas de estas unidades. Esto implica problemas tanto comerciales como políticos. Los gobiernos mejor preparados del mundo han empezado a brindar a sus proveedores sanitarios la oportunidad de pensar no solo en procurar suficiente cantidad de respiradores, sino también en lograr los mejores resultados clínicos posibles con los recursos que tienen. Es ahí donde los emprendedores pueden aportar soluciones sencillas y económicas, como el respirador capaz de asistir a varios pacientes promovido por el Hospital Universitario de Asturias o el respirador de bajo costo diseñado por la empresa española Ennomotive.