Nietolerancja wysiłkowa lub niezdolność do wysiłku fizycznego bez duszności lub ekstremalnego zmęczenia nie jest niczym niezwykłym. Dla osób z tą chorobą proste zadania, takie jak zakupy spożywcze lub wchodzenie po schodach, mogą być przeszkodą. Te same objawy charakteryzują wiele chorób, w tym niewydolność serca, zapalenie płuc i astmę, a znalezienie przyczyny czasami sprowadza się do skomplikowanego, kosztownego egzaminu zwanego testem wysiłkowym sercowo-płucnym (CPET).
Zwykle CPET obejmuje ćwiczenia do wyczerpania na bieżni lub rowerze stacjonarnym, nosząc maskę inwazyjną, klips na nos i elektrokardiogram. Lekarze przyglądają się działaniu płuc, mięśni i serca pacjenta i próbują drażnić, skąd pochodzi problem. Nawet wtedy test, który kosztuje tysiące dolarów i wymaga przygotowania zespołu ludzi, może być niejednoznaczny i musi zostać powtórzony, aby dowiedzieć się, czy leczenie lub recepty działają.
Lepszym CPET było wyzwanie, które kardiolog Mass General Maulik Majmudar przyniósł studentom klasy projektowania urządzeń medycznych MIT zeszłej jesieni. Na zajęciach, w których od roku 2004 było około 50 studentów rocznie, jako bardziej praktyczne podejście do istniejącej klasy projektowania urządzeń, lekarze przedstawiają problem, z którym się spotkali w praktyce. Studenci i niektórzy seniorzy z licencjackich grupują się w grupach od trzech do pięciu członków zespołu, otrzymują budżet pochodzący częściowo od darczyńców z branży i mają za zadanie znalezienie rozwiązania.
„Przemysł urządzeń medycznych, ze względu na swój niesamowity konserwatyzm, w rzeczywistości nie jest zbyt otwarty na innowacje. Większość innowacji dzieje się w startupach ”- mówi Nevan Hanumara, naukowiec z MIT i jeden z instruktorów kursu z założycielem Alexandrem Slocumem. „To, co uważam za nieco wyjątkowe w tym, co robimy, to produktywność w generowaniu nowych pomysłów, które udało nam się uzyskać w formie edukacyjnej”.
Profesor Alex Slocum (z prawej) współpracuje ze studentami Alban Cobi i Steven Link, którzy opracowują regulowanego fantomu do walidacji radioterapii. (John Freidah) Dwóch studentów elektrotechniki, Alexander Mok i Andreea Martin, połączyło siły z dwoma inżynierami mechaników i jednym zintegrowanym studentem projektowania i zarządzania oraz rozpoczęło rygorystyczny proces badań, projektowania i iteracji w celu opracowania bardziej skutecznego - i opłacalnego - testu. Grupa Mok i Martin wymyślili przenośny monitor zdrowia, który może mierzyć tętno i ilość gazu wdychanego podczas oddechu. Urządzenie ocenia interakcję serca i płuc pacjenta w ciągu dnia. „Staramy się znaleźć więcej danych długoterminowych na znacznie mniejszą skalę aktywności fizycznej”, mówi Martin.
Projekt nie pochodził z cienkiego powietrza. Majmudar prowadził ich mentoring, spotykał się co tydzień, przedstawiał klinicystom pracującym w terenie i pomagał w przeprowadzaniu testów z wolontariuszami. Pomysł zrodził się z myślą o zastosowaniu nowoczesnej, zminiaturyzowanej elektroniki i czujników w poręcznym opakowaniu, aby lekarze mogli czytać dane przez dłuższy czas w życiu pacjenta, a nie tylko pojedyncze testy laboratoryjne. Pod koniec ostatniego semestru Mok założył swój pierwszy prototyp, który obejmuje czujniki w koszuli, i zrobił kilka CPET do porównania.
Studenci inżynierii mechanicznej Elizabeth Mittman, Alban Cobi i Luke Gray współpracują z Piotrem Żygmańskim (z prawej) w Brigham and Women's Hospital. (John Freidah) Chociaż większość projektów z klasy kończy się na zajęciach, niektóre - jak Mok i Martin - przechodzą do drugiego semestru, w którym szlifują swoje wynalazki i rozwijają je jako produkty, a nawet poza nimi, jako startupy lub licencjonowane technologie. Czasami oznacza to opatentowanie, dlatego Mok i Martin odmówili podania szczegółów dotyczących ich technologii. Z pięciu członków ich zespołu tylko Mok i Martin kontynuowali projekt. Obecnie pracują nad porównaniem swoich wyników z tradycyjnymi CPET - test Moka z urządzeniem grupy był wystarczająco podobny do jego CPET, aby pokazać obietnicę - i zbudowanie drugiego prototypu, który poprawi formę. Zbadają również ścieżkę regulacyjną, przeprowadzą badania rynku i rozpoczną rozwój biznesu.
W przeszłości lekarz leczący pacjentów z niskim poziomem testosteronu potrzebował systemu jednorazowego użytku, aby pacjenci mogli zastosować własny. Studenci inżynierii nauczyli się wystarczająco farmakologii, aby wymyślić nową strzykawkę, która oddziela różne składniki leczenia aż do użycia, a teraz współpracują z inwestorami-aniołami i partnerami branżowymi w celu uruchomienia urządzenia. Wcześniej uczniowie, którzy zbudowali koszulę mierzącą zaburzenia snu, przestawili się na niemowlęta monitorujące niemowlęta i włączono je w 2011 roku jako Rest Devices, Inc. Teraz dostępne, monitor dla nich, o nazwie Mimo, śledzi sen, pozycję, oddychanie i temperaturę skóry oraz przesyła je za pośrednictwem aplikacji na telefon.
W przeszłości studenci inżynierii nauczyli się wystarczająco farmakologii, aby wynaleźć nową strzykawkę, która oddziela różne składniki leczenia aż do momentu użycia. (Recon Therapeutics) Klasa Hanumary, choć zbudowana na społeczności, w której biorą udział instruktorzy, opiekunowie, a zwłaszcza klinicyści, nie jest sama; centra prototypowania medycznego rozpowszechniły się na uniwersytetach w całym kraju i na całym świecie, od programów licencjackich po doktoranckie. Duke, University of Minnesota, Johns Hopkins, Georgia Tech i ponad sto innych tworzą Biomedical Engineering, Innovation, Design i Entrepreneurship Alliance, który zbiera się, aby dzielić się zasobami i doświadczeniami między programami. Jeden z najstarszych, Stanford Biodesign, został założony w 2001 roku przez Paula Yocka, profesora medycyny i bioinżynierii Stanforda, który starał się sformalizować rodzaj praktycznej edukacji mentorskiej, którą otrzymał od doświadczonych przedsiębiorców, którzy pomogli mu założyć firmę zajmującą się produkcją urządzeń sercowo-naczyniowych i licencjonuje wynalazek angioplastyki balonowej podczas jego edukacji w Stanford, kilkadziesiąt lat wcześniej.
Stanford Biodesign oferuje również zajęcia dla absolwentów i studentów, ale jego głównym celem jest dwumiesięczny program stacjonarny typu stypendium, który Yock nazywa „szkołą kończącą dla wynalazców technologii medycznych”. Studenci spędzają dwa miesiące w zanurzeniu klinicznym, w którym muszą znaleźć 200 „potrzeb”, które filtrują do jednej w oparciu o to, jak ważne są, jak rozwiązać, jak sprzedać, a nawet czy istniejąca własność intelektualna i ścieżki FDA są wykonalne.
„Całą mantrą naszego programu jest to, że dobrze scharakteryzowaną potrzebą jest DNA dobrego wynalazku”, mówi Yock. Studenci „dostrzegają z pierwszej ręki obserwację, co można poprawić”. Około 200 studentów ukończyło program, a około połowa przeszła na start-upy. Prawdopodobnie największy dotychczasowy sukces, absolwent Uday Kumar założył iRhythm, cyfrową firmę opieki zdrowotnej, która tworzy inteligentną łatkę do monitorowania serca, która wysyła dane bezpośrednio do lekarzy i stała się standardem branżowym. Inni wylądowali w istniejących firmach lub nawet rozpoczęli podobne programy na innych uniwersytetach.
Według zarówno Hanumary, jak i Yocka, otwieranie innowacji jest szczególnie ważne w obecnym systemie medycznym, który musi znaleźć sposoby na lepszą opiekę przy ograniczonym budżecie.
„W końcu, kiedy uczysz, najlepszym, najbardziej ekscytującym produktem, jaki możesz wymyślić, są ludzie, którzy odnoszą sukcesy w swoich zawodach”, mówi Hanumara.
