Nelle ultime tre settimane, un team di scienziati, ingegneri e medici dell'Università del Vermont hanno sviluppato un nuovo design e costruito un modello funzionante per un semplice, ventilatore economico.

"Pensiamo che questi potrebbero essere implementati molto rapidamente ed essere efficaci in caso di emergenza, ", afferma Jason Bates, esperto di polmonite dell'Università del Vermont, che sta guidando il nuovo sforzo in risposta alla fiorente epidemia globale di coronavirus e all'enorme carenza di ventilatori che potrebbero essere necessari per curare le persone.

Chiamato affettuosamente il "Vermontilator, " calcoli preliminari suggeriscono che il ventilatore UVM "può essere prodotto rapidamente e in grandi quantità per poche centinaia di dollari per unità in parti e materiali, "dice Bates.

Approccio alternativo

A differenza di altri modelli di ventilatori di emergenza improvvisati, ora in lavorazione in tutto il mondo, l'approccio del team UVM utilizza una modalità alternativa per aiutare i pazienti critici a respirare. Si chiama "ventilazione a rilascio di pressione delle vie aeree" o APRV.

Questo approccio APRV può essere particolarmente utile per i pazienti affetti dal nuovo virus. "Una delle principali complicanze del COVID-19 si chiama sindrome da distress respiratorio acuto, una malattia in cui i polmoni si riempiono di un fluido infiammatorio, " spiega la dottoressa Anne Dixon, direttore delle malattie polmonari e della medicina di terapia intensiva presso il Medical Center dell'Università del Vermont e il Larner College of Medicine. "Molti di questi pazienti finiscono per dipendere da un ventilatore per periodi abbastanza prolungati".

Il nuovo ventilatore potrebbe aiutare questi pazienti gonfiando i loro polmoni usando lunghe inspirazioni d'aria, che sono mantenuti gonfiati ad una pressione costante e relativamente alta, Bates spiega. Poi "a intervalli regolari, sono consentite brevi espirazioni durante le quali i polmoni espellono anidride carbonica, " lui dice.

Questo approccio APRV è l'opposto di un normale schema respiratorio e può consentire ai pazienti con COVID-19 di evitare, o ridurre, il danno polmonare associato alla malattia e con periodi prolungati su un ventilatore.

Da più di quindici anni, Jason Bates, professore sia al Larner College of Medicine dell'UVM che al College of Engineering and Mathematical Sciences, ha studiato il tipo di danno polmonare che si verifica durante le malattie come i medici stanno ora vedendo nei pazienti COVID-19. Una paura tradizionale è che un ventilatore possa causare lesioni da sovragonfiaggio dei polmoni. Ma la ricerca di Bates fa parte di un crescente corpo di prove che mostrano quasi il contrario:che il rischio maggiore per molti pazienti arriva quando le regioni del polmone collassano. Quindi, il rivestimento danneggiato e delicato del polmone si riunisce, bastoni, e poi viene sbucciato, più e più volte.

"Questo processo di distacco è estremamente dannoso per il rivestimento stesso e può danneggiarlo al punto da consentire al fluido di fuoriuscire nei polmoni dai capillari che lo attraversano, " dice Bates. "Una volta che questo inizia a succedere, il danno da desquamazione peggiora, causando un danno polmonare indotto dal ventilatore a progredire in un modo che è difficile da invertire".

APRV può evitare questo problema. "Si ritiene che questa modalità di ventilazione sia particolarmente sicura e non dannosa per i pazienti con distress respiratorio acuto, " dice il dottor Dixon che ha sostenuto il progetto.

Un picco si avvicina

L'approccio APRV è utile anche agli ingegneri che progettano il nuovo ventilatore. L'utilizzo di questo modello di respirazione più semplice ha consentito al team dei laboratori IMF di UVM di costruire il prototipo di Vermontilator con un meccanismo semplice. A differenza di un ventilatore tradizionale, un'attrezzatura molto complessa che può costare più di $ 25, 000:la macchina costruita nel Vermont è stata rapidamente assemblata da un motore disponibile in commercio che aziona un disco rotante, tubi medici convenzionali, e altre parti relativamente semplici. Il prototipo del team è stato costruito utilizzando una stampante 3D e attrezzature di lavorazione, con pezzi facilmente fresabili o fusi, e assemblato. Bates attribuisce la straordinaria abilità degli ingegneri UVM Jake Kittell, Mike Lane, Carl Silver e Guy Kennedy come fondamentali per il rapido progresso del progetto.

"Abbiamo sottratto risorse agli altri nostri progetti per lavorare su questo e i ragazzi stanno lavorando tutto il fine settimana, "dice Lane, il direttore dei laboratori IMF di UVM. "Sappiamo di avere una finestra molto limitata per avere successo, forse solo poche settimane prima che questa [epidemia] raggiunga il picco nel Vermont".

Il dottor Dixon è d'accordo. "Stanno affrontando una catastrofica carenza di ventilatori a New York. Abbiamo sentito dai nostri colleghi che stanno cercando di utilizzare macchine che usiamo per i pazienti con apnea ostruttiva del sonno e cercando di ventilare le persone collegando due pazienti a uno ventilatore. Solo cose pazze di cui non ho mai sentito parlare in vita mia, " dice. "Questo nuovo ventilatore ha un potenziale incredibile per aiutare rapidamente. Non è solo semplice, è innovativo ed elegante".

Il progetto sta per essere sottoposto alla FDA per la revisione di emergenza, e il team sta lavorando con il Vermont Manufacturing Extension Center, Rete sanitaria UVM, Fondazione UVM, lo stato del Vermont, e altri partner per ottenere finanziamenti, e coinvolgere produttori qualificati. Stanno anche collaborando con UVM Innovations per sviluppare una strategia di proprietà intellettuale e un modello di business per produrre un gran numero di dispositivi.