Un team internazionale di fisici delle particelle ha interrotto la ricerca della materia oscura per concentrarsi sui bisogni delle vittime della pandemia globale, in particolare, il loro bisogno di respirare.

Nei casi più gravi, COVID-19 può portare a polmonite che richiedono ventilazione meccanica, ma la fornitura mondiale di ventilatori si è rivelata troppo piccola per la domanda in crescita esponenziale.

"La sanità pubblica lombarda è forse la più forte d'Europa, ma era vicino al punto di cedere, "ha detto Cristian Galbiati, un professore di fisica all'Università di Princeton che ha guidato la progettazione di un ventilatore meccanico semplificato che può essere prodotto in serie utilizzando componenti facilmente disponibili.

Lui e i suoi collaboratori, più di 250 fisici, ingegneri, medici e altri provenienti da 12 paesi in tutto il mondo:chiamano il loro dispositivo il Ventilatore Meccanico Milano (MVM). Il suo funzionamento richiede solo elettricità e una fonte di ossigeno compresso (o una miscela di ossigeno e aria medica), e l'unità di controllo e monitoraggio al suo interno viene sviluppata e programmata dai "migliori sviluppatori" dei laboratori nazionali di fisica delle particelle negli Stati Uniti, Canada, Italia e molte altre nazioni, detto Galbiati.

Anche se può sembrare strano che un ricercatore sulla materia oscura si sia dedicato alla produzione medica, ha più senso in altre parole:un esperto nella costruzione di strumenti sensibili per l'argon compresso ha deciso di sperimentare con ossigeno e azoto compressi.

Galbiati e i suoi colleghi del progetto DarkSide-20k hanno trascorso 15 anni a progettare e perfezionare apparecchiature che utilizzano una forma liquida altamente pressurizzata del gas nobile per rilevare una particella di materia oscura. Sono passati dall'astrofisica alla medicina solo nelle ultime settimane.

Dopo un viaggio di ricerca in Italia, Galbiati è rimasto bloccato nel paese, ha scritto a un amico la cui famiglia possiede un'importante azienda di distribuzione di gas per congratularsi con la famiglia per la donazione per un reparto rapidamente costruito per i pazienti COVID-19 a Milano. È rimasto scioccato nell'apprendere che l'ordine della famiglia per i ventilatori a sostegno del reparto è stato annullato. Galbiati parlò poi con il fratello Filippo, medico di pronto soccorso dell'Ospedale Niguarda di Milano, la cui pratica era ormai ristretta ai soli pazienti COVID-19. L'altro dottor Galbiati ha spiegato al professore di fisica la situazione sempre più difficile in cui versavano i medici italiani che avevano bisogno di curare i pazienti affamati di ossigeno con ventilatori limitati al culmine dell'epidemia locale.

"Stiamo facendo tanti progetti complessi con i gas tecnici, " ha detto il professor Galbiati. Voleva usare la sua esperienza "per trovare il modo migliore - un modo più scalabile - per mettere ossigeno nei polmoni delle persone quando ne hanno bisogno".

Galbiati ha contattato lo stesso amico, la cui azienda commercializza e ripara anche ventilatori, e ottenne dal governo italiano il permesso di effettuare dei test presso la struttura dell'amico. Una volta che avevano un disegno, ha ottenuto il permesso del governo per costruire e testare un prototipo. Quindi ha contattato il team di DarkSide-20k.

"I fisici delle particelle sono uno strano gruppo di persone, " ha detto Fernando Ferroni, presidente dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e uno dei principali collaboratori della MVM, nonché direttore della comunicazione del progetto. "Abbiamo una particolare affinità per i problemi intellettuali. Abbiamo un problema? Dobbiamo risolverlo". Inoltre, Ha aggiunto, uno dei vantaggi di una collaborazione globale è che qualcuno è sempre sveglio, per portare avanti il ​​progetto 24 ore al giorno.

Il team ha cercato input dagli anestesisti italiani. "Hanno passato le ultime quattro settimane in prima linea, prendersi cura dei pazienti, solo essere devastato da questo, "Galbiati ha detto. "Portano un'esperienza incredibile. Sanno esattamente cosa deve essere fatto per salvare i pazienti e per aiutarli a riprendersi".

Una caratteristica suggerita dai medici è l'accesso con un solo pulsante alle procedure per misurare i parametri che si sono dimostrati cruciali per impostare il miglior percorso di recupero per i pazienti COVID-19. "Nella maggior parte delle macchine tradizionali, progettato per un uso più generale, queste procedure richiedono la pressione di cinque o sei o sette pulsanti, o il passaggio tra diverse modalità operative, ", ha detto Galbiati.

"Come consigliato dal Dott. [Giuseppe] Foti e dal Dott. [Giacomo] Bellani dell'Ospedale San Gerardo di Monza, stiamo lavorando per implementare funzionalità avanzate come la misurazione con un solo pulsante della pressione di plateau, la pressione raggiunta all'interno degli alveoli alla fine del ciclo inspiratorio, e dell'AutoPEEP, ' normalmente indicato come intrappolamento dell'aria nella fase di espirazione, che può essere zero per la maggior parte dei pazienti sani o significativamente diverso da zero per i pazienti che hanno ostruzioni nel canale espiratorio, come possibilmente generato da secrezioni, " Egli ha detto.

Il team di MVM ha condiviso il proprio design tramite i repository scientifici open source arXiv (pronunciato "archivio") e medRχiv ("archivio medico"), sia per diffondere ampiamente il progetto concettuale sia per accelerare il feedback da parte della comunità scientifica e medica. A questo punto, sono avanzati dalla fase di progettazione, attraverso la fase di prototipazione, e nei preparativi per la produzione di massa. Materiali per il primo 1, 000 MVM dovrebbero arrivare in una settimana. Stanno lavorando a stretto contatto con l'Aeronautica degli Stati Uniti, la Food and Drug Administration statunitense, Salute Canada, e le agenzie di regolamentazione italiane per ottenere le approvazioni.

"Creare qualcosa che è costruito da parti prontamente disponibili, che è semplice ma in grado di fare tutto ciò che è necessario come un ventilatore - questa era la visione originale di Cristian, e penso che stia andando molto bene, " ha detto Arthur McDonald, un membro chiave del team MVM e destinatario del Premio Nobel 2015 per la Fisica. È professore emerito di fisica alla Queen's University in Canada, che ha fatto parte della facoltà di Princeton dal 1982 al 1989.

I primi ventilatori andranno direttamente negli ospedali italiani, seguiti a breve da quelli negli Stati Uniti e in Canada, ha detto McDonald, ma il team spera anche di ottenere finanziamenti per costruire e distribuire MVM in paesi che non possono permettersi di costruirne uno proprio, disse McDonald. "Siamo tutti molto consapevoli del fatto che a lungo termine, le parti meno sviluppate del mondo saranno duramente colpite da questa epidemia, e ci sarà un grande bisogno in tutto il mondo".