La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) –el mayor laboratorio de física de partículas del mundo, ubicado en Ginebra (Suiza)– se suma a la lucha global contra la Covid-19, para lo cual está trabajando en el diseño y producción de geles desinfectantes, mascarillas y respiradores, además de desplegar la enorme capacidad informática de la comunidad de física de partículas para ayudar en la búsqueda de una vacuna contra el coronavirus SARS-CoV-2.
En el proyecto centrado en el diseño y fabricación de respiradores (dispositivos de ventilación mecánica) participa el científico gallego Antonio Fernández Prieto, del Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), a través del cual trabaja en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN –el mayor y más poderoso acelerador de partículas del mundo– y, más en concreto, en el experimento LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment), uno de los seis detectores de partículas instalados en el LHC.
Fernández Prieto forma parte de un equipo de 31 físicos e ingenieros que acaba de presentar el prototipo de un nuevo respirador de alta energía denominado HEV (High Energy physics community Ventilator, en inglés). El equipo se dio cuenta de que los tipos de sistemas utilizados para regular los flujos de gas para los detectores de física de partículas podrían usarse para diseñar un nuevo ventilador.
Se trata de un respirador de bajo coste que podría usarse en pacientes en fases leves o de recuperación de la Covid-19, y que permitiría liberar las máquinas de más alta gama para los casos más graves, que requieren ventiladores más sofisticados.
«Nuestra idea es, una vez finalicemos el diseño, hacerlo Open source para que empresas o instituciones de cualquier lugar del mundo puedan fabricarlo»
La primera etapa de creación de prototipos del HEV se logró en el CERN el 27 de marzo pasado, con un concepto que se basa en componentes económicos y fácilmente disponibles. Las características físicas deseadas de los reguladores de presión, las válvulas y los sensores de presión se están todavía precisando, y se está aprovechando el apoyo de médicos y organizaciones internacionales para realizar más pruebas en entornos hospitalarios. La idea es que expertos en atención médica prueben estos respiradores en las próximas semanas.
El software de control para este dispositivo estará encapsulado en un microcontrolador dedicado que, junto con otros componentes de baja potencia, permitirá el despliegue del HEV en áreas con recursos limitados y distribución de energía inestable, haciendo posible alimentarlo con baterías, paneles solares o generadores de energía de emergencia.
Los desarrollos del CERN serán lanzados bajo la licencia de hardware abierto de esta institución, de manera que se puedan producir donde sea necesario y adaptarse a los marcos regulatorios locales.
Aunque aún no es un dispositivo médico aprobado y se encuentra en la etapa de concepto y creación de prototipos, sus desarrolladores han presentado ya en abierto su proyecto a la comunidad científica para que otros expertos hagan contribuciones urgentes para el desarrollo y la implementación de este ventilador, que necesitará un proceso de verificación con expertos médicos.
La urgencia es máxima, ya que la escasez de respiradores es el principal problema que enfrentan los sanitarios que atienden a pacientes hospitalizados por COVID-19. A la falta de previsión y carencia de equipos se suma el alto coste de los respiradores convencionales, que pueden rondar los 20.000 euros por unidad.
Los científicos que han desarrollado este prototipo alertan de que “aunque las empresas están aumentando la producción” de respiradores, “esta no será suficiente para satisfacer la demanda, de acuerdo con las previsiones actuales” sobre la incidencia del coronavirus.
El punto de partida para el diseño del Ventilador de la comunidad de física de alta energía ha sido el conjunto de pautas de la Agencia Reguladora de Medicamentos y Productos Sanitarios del Reino Unido (Medicines and Healthcare Products Regulatory Agency – MHRA) para los sistemas de ventilación de fabricación rápida.
Sobre este proyecto hablamos con Antonio Fernández Prieto.
«A diferencia de algunas soluciones que se ven en los medios últimamente, este sistema permite un riguroso control de la presión de aire que se inyecta en el paciente, así como adaptarse a las necesidades del enfermo»
¿Cómo surge la idea de diseñar este respirador?
Antes de nada, me gustaría agradecer a las instituciones que hacen posible que pueda trabajar en este proyecto: IGFAE, Universidade de Santiago, CERN…
La idea surge a mediados de marzo, cuando el Gobierno británico hace un llamamiento a sus centros de investigación para el diseño de respiradores de producción local rápida. En ese momento, nuestros compañeros de la Universidad de Liverpool, con la que trabajamos en el LHCb, nos proponen colaborar en su diseño, ya que la respuesta debe ser internacional.
¿Quiénes colaboran en el proyecto?
En este punto me gustaría hacer dos diferenciaciones. En primer lugar, a nivel técnico el proyecto se articula en la red de investigación del experimento LHCb del CERN, que incluye, además del IGFAE, un grupo propio del CERN, las universidades de Liverpool, Manchester, Río de Janeiro, Lausanne, etc., centros de investigación como Nikhef en Amsterdam, DESY en Alemania, entre otros. En segundo lugar, también hemos tenido asesoramiento médico de doctores en multitud de hospitales, en Melbourne, Canberra, Lausanne, Lübeck, Gante. Por último, y no por ello menos importante, a nivel local contamos con la colaboración del doctor Francisco Javier Pardo, del Hospital Universitario de Lugo, al cual me gustaría agradecerle especialmente que nos dedicase su tiempo en estos días tan complicados para ellos.
¿Cuáles son las características diferenciales y técnicas básicas del dispositivo que lo hacen interesante para su aplicación en centros hospitalarios?
Las características diferenciales que queremos conseguir con este proyecto es que sea fácil de construir y con un precio de producción relativamente económico. Nuestra idea es, una vez hayamos finalizado el diseño, hacerlo Open source [código abierto] para que empresas o instituciones de cualquier lugar del mundo puedan fabricarlo. El hecho de ser abierto y publico permite que cualquiera con las capacidades para hacerlo pueda producirlo, incluso en algunos países más desfavorecidos.
Respecto a las características técnicas, este ventilador está diseñado para trabajar en los modos PRVC, SIMV-PC y CPAP. Esto nos permite tanto respirar por el paciente como ayudarlo gradualmente, pudiendo ser utilizado tanto con mascarilla como con traqueotomía. Otro punto clave del diseño es facilitar la labor de los sanitarios que trabajarán con el respirador a diario. Para ello estamos diseñando la interfaz de forma similar a los respiradores comerciales actuales, pudiendo ser operados y monitorizados tanto in situ desde una pantalla táctil como remotamente desde una interfaz web.
A diferencia de algunas de las soluciones que se ven en los medios últimamente, este sistema permite un riguroso control de la presión de aire que se inyecta en el paciente, así como adaptarse a las necesidades del enfermo. Es un sistema versátil y con características similares a los respiradores comerciales.
«Para su producción estamos en contacto con una empresa de la comarca de Santiago, Deyman, a la cual quiero agradecer su gran aportación al proyecto»
¿Cuál sería su coste de fabricación y quién se podría encargar de ello?
Actualmente estamos haciendo el prototipado y los costes podrían variar. En materiales estaríamos hablando de entre 3.000 y 4.000 euros por unidad. Respecto al coste de mano de obra, no le puedo dar una estimación, ya que por nuestra parte, al menos, no tenemos ánimo de lucro. Dependería de la empresa que lo produzca. Respecto a quién puede producirlo, prácticamente cualquier empresa capaz de realizar proyectos neumáticos sería capaz de reproducirlo (obviamente, cumpliendo con la legislación sanitaria pertinente).
¿Qué plazos de fabricación y entrega estiman, y en qué cantidades se podría producir?
Estamos trabajando contra reloj para tener el sistema listo lo antes posible y homologarlo. Respecto a la fabricación, depende del número de empresas a producirlo y de sus capacidades. El IGFAE, como centro de investigación, cuenta con unas capacidades de producción en cadena muy limitadas, por eso estamos en contacto con una empresa de la comarca de Santiago, Deyman, a la cual quiero agradecer su gran aportación al proyecto. Estamos realizando un prototipo con ellos, que se encargarían de la producción local.
¿Qué se necesita para que sea aprobado?
Actualmente estamos centrando los esfuerzos en finalizar el primer prototipo en el CERN en Ginebra y este sería homologado en Suiza y Francia en primer lugar. Dada la legislación europea, eso nos facilitaría la tramitación en España y su producción.
¿Cómo y con qué resultados se han hecho las primeras pruebas?
En el vídeo que les dejo se puede ver un prototipo de finales de marzo, testado en el CERN. Actualmente estamos finalizando el software de control y el siguiente paso será el test en animales y la homologación. Los resultados hasta el momento son prometedores.
«Uno de los mayores desafíos a los que nos enfrentamos es la falta de algunos componentes en el comprado para comprar de forma inmediata»
¿Se ha presentado a algún organismo internacional o gobierno?
Esta propuesta surge de una demanda del Gobierno británico, ha traspasado sus fronteras y actualmente el desarrollo se centraliza a través del CERN. El proyecto se ha presentado a la OMS [Organización Mundial de la Salud], que nos está apoyando con su conocimiento sanitario. A nivel regional, el IGFAE ha presentado este proyecto a través de GAIN [Axencia Galega de Innovación], que lo está evaluando.
¿Cuál es su aportación personal a este proyecto?
Mi aportación se basa en dos partes principalmente. La primera consiste en colaborar en el diseño del software de control de los ciclos de respiración del paciente y la segunda, ya que el IGFAE es el único instituto español en el proyecto, es replicar el sistema aquí con los componentes disponibles en nuestro mercado. Uno de los mayores desafíos a los que nos enfrentamos es la falta de algunos componentes en el mercado para comprar de forma inmediata, por lo que debemos buscar alternativas sin comprometer la salud del paciente.
¿Qué papel juega el IGFAE?
Sin el IGFAE no sería posible realizar este proyecto, al basarnos en las redes de contactos de investigación existentes. Este es un centro mixto de la USC y Xunta de Galicia. En la línea de investigación del IGFAE en la que trabajo, diseñamos y construimos electrónica para uno de los experimentos del LHC del CERN (LHCb) y colaboramos con multitud de centros de investigación internacionales y universidades que cuentan con una alta capacidad de desarrollo ingenieril y acceso a profesionales sanitarios.
