Un equipo internacional de físicos de partículas ha detenido su búsqueda de materia oscura para centrarse en las necesidades de las víctimas de la pandemia mundial, en particular, su necesidad de respirar. Al respecto, un estimado colega nos envía el presente artículo escrito por Liz Fuller-Wright, publicado en el boletín electrónico de Princeton University (PU) el pasado 9 de abril de 2020. Veamos de qué se trata….
En casos graves, COVID-19 puede provocar neumonía que requiere ventilación mecánica, pero el suministro mundial de ventiladores ha demostrado ser demasiado pequeño para la demanda exponencialmente creciente.
"El sistema de salud pública en Lombardía es quizás el más fuerte en Europa, pero estaba cerca del punto de inflexión", dijo Cristian Galbiati, profesor de física en PU, quien dirigió el diseño de un ventilador mecánico simplificado que puede ser producido a gran escala utilizando componentes fácilmente disponibles.
Él y sus colaboradores, más de 250 físicos, ingenieros, médicos y otros especialistas de 12 países de todo el mundo, llaman a su dispositivo el Ventilador Mecánico Milano (MVM). Su funcionamiento requiere solo electricidad y una fuente de oxígeno comprimido (o una mezcla de oxígeno y aire lavado), y la unidad de control y monitoreo en su corazón está siendo desarrollada y programada por "los mejores diseñadores" de los laboratorios nacionales de física de partículas en los Estados Unidos, Canadá, Italia y muchas otras naciones, dijo Galbiati.
Si bien puede parecer extraño que un investigador de materia oscura se haya dedicado a la fabricación médica, tiene más sentido cuando se lo expresa de otra manera: un experto en la construcción de instrumentos sensibles para argón comprimido decidió experimentar con oxígeno y nitrógeno comprimido.
Galbiati y sus colegas en el proyecto DarkSide-20k han pasado 15 años diseñando y refinando equipos que utilizan una forma líquida altamente presurizada por argón, un gas noble, para detectar una partícula de materia oscura. Pasaron de la astrofísica a la medicina solo en las últimas semanas.
Después de que los viajes de investigación a Italia atraparon a Galbiati en ese país, le envió un mensaje de texto a un amigo cuya familia es propietaria de una importante compañía de distribución de gas para felicitar a la familia por su donación para una sala rápidamente construida para pacientes con COVID-19 en Milán. Se sorprendió al saber que la orden de la familia de ventiladores en apoyo de la sala fue cancelada. Galbiati luego habló con su hermano Filippo, un médico de la sala de emergencias en el Hospital Niguarda en Milán, cuya práctica se había restringido solo a pacientes con COVID-19. El otro Dr. Galbiati explicó al profesor de física la situación cada vez más difícil que enfrentan los médicos italianos que necesitaban tratar a pacientes con falta de oxígeno con ventiladores limitados en el pico de la epidemia local.
"Estamos haciendo muchos proyectos complejos con gases técnicos", dijo el profesor Galbiati. Quise usar mi experiencia "para encontrar la mejor manera, una forma que fuera escalable, para poner oxígeno en los pulmones de las personas cuando lo necesiten".
Galbiati contactó al mismo amigo, cuya compañía también comercializa y repara ventiladores, y obtuvo el permiso del gobierno italiano para realizar pruebas en las instalaciones de su amigo. Una vez que tuvieron un diseño, obtuvo el permiso del gobierno para construir y probar un prototipo. Luego se acercó al equipo DarkSide-20k.
"Los físicos de partículas son un grupo extraño de personas", dijo Fernando Ferroni, presidente del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia y uno de los principales colaboradores del MVM, así como el director de comunicación del proyecto. "Tenemos una afinidad particular por los problemas intelectuales. ¿Tenemos un problema? Tenemos que resolverlo". Además, agregó, una ventaja de una colaboración global es que siempre hay alguien despierto para que el proyecto avance las 24 horas del día.
El equipo buscó la opinión de anestesiólogos italianos. "Pasaron las últimas cuatro semanas en el frente, en primera línea, atendiendo pacientes, simplemente devastados por esto", explicó Galbiati. "Tienen una experiencia increíble. Saben exactamente lo que hay que hacer para salvar a los pacientes y ayudarlos a recuperarse".
Una característica que sugirieron los médicos es el acceso con un solo botón a los procedimientos para medir parámetros que han demostrado ser cruciales para establecer la mejor ruta de recuperación para los pacientes con COVID-19. "En la mayoría de las máquinas tradicionales, diseñadas para un uso más general, estos procedimientos requieren presionar cinco o seis o siete botones, o cambiar entre diferentes modos de operación", dijo Galbiati.
"Según lo recomendado por el Dr. [Giuseppe] Foti y el Dr. [Giacomo] Bellani del Hospital San Gerardo en Monza, estamos trabajando para implementar funciones avanzadas como la medición con un solo botón de la presión, la presión alcanzada dentro de los alvéolos en el final del ciclo inspiratorio y del 'AutoPEEP', normalmente denominado captura de aire en la fase de exhalación, que puede ser cero para la mayoría de los pacientes sanos o significativamente diferente de cero para los pacientes que tienen obstrucciones en el canal de exhalación, posiblemente generado por secreciones ", dijo.
El equipo MVM ha compartido su diseño a través de los repositorios científicos de código abierto arXiv (pronunciado "archivo") y medRχiv ("archivo med"), tanto para difundir ampliamente el diseño conceptual como para acelerar la retroalimentación de la comunidad científica y médica. En este punto, han avanzado desde la fase de diseño, a través de la fase de prototipo, y en los preparativos para la fabricación en masa. Los materiales para los primeros 1,000 MVM deben llegar en una semana. Están trabajando estrechamente con la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos, Health Canada y las agencias reguladoras italianas para asegurar las aprobaciones.
Crear algo que se construya a partir de piezas fácilmente disponibles, que sea simple pero capaz de hacer todo lo que se necesita en la forma de un ventilador, esa era la visión original de Cristian, y creo que está funcionando muy bien", dijo Arthur McDonald, un miembro clave del equipo MVM y ganador del Premio Nobel de Física 2015. Es profesor emérito de física en la Universidad de Queen en Canadá y estuvo en la facultad de Princeton de 1982 a 1989.
McDonald dijo que los primeros ventiladores irán directamente a los hospitales italianos, seguidos en breve por los de E.E.U.U. y Canadá, pero el equipo también espera obtener fondos para construir y distribuir MVM en países que no pueden permitirse el lujo de construirlos. "Todos somos muy conscientes del hecho de que, a largo plazo, las partes menos desarrolladas del mundo serán duramente afectadas por esta epidemia, y habrá una gran necesidad en todo el mundo".
Los colaboradores de Princeton en el MVM incluyen a Peter Elmer, un físico investigador sénior; Bert Harrop, técnico superior en física y el Instituto Princeton de Ciencia y Tecnología de Materiales (PRISM); Andrea Ianni, ingeniera general de Borexino en el departamento de física de Princeton; David Lange, físico computacional; Xinran Li, un estudiante graduado de física; Daniel Marlow, profesor de Física Evans Crawford 1911 de Princeton; Javier Romualdez, investigador postdoctoral en física; Mojtaba Safabakhsh, jefe del grupo de fabricación en la infraestructura técnica y de ingeniería en el Laboratorio de Física de Plasma de Princeton; y Jeff Thompson, profesor asistente de ingeniería eléctrica, facultad asociada en PRISM.
