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Ventilateur à bas prix de Home Depot Components : Entretien avec Glen Meyerowitz, boursier de l'UCLA en biodécoration

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La pénurie actuelle de ventilateurs durant la pandémie COVID-19 a suscité des innovations importantes, notamment des conceptions nouvelles pour diviser un ventilateur en deux, la reconversion des appareils existants pour qu'ils fonctionnent comme des ventilateurs, et de nouvelles solutions pour réduire le besoin de ventilateurs.

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Toutefois, toutes ces innovations, et bien d'autres encore, seront peut-être nécessaires pour pallier le manque de ventilateurs, surtout compte tenu de la vitesse à laquelle la pandémie progresse.

Ce dernier développement a vu Glen Meyerowitz, un boursier de l'UCLA spécialisé dans la biodesign, concevoir un prototype de ventilateur à bas prix en utilisant des composants de Home Depot, une chaîne de quincailleries américaine. Il est frappant de constater que Glen a développé et assemblé le ventilateur en moins d'une semaine, et qu'il s'est appuyé sur son expérience de travail à SpaceX pour développer le dispositif fonctionnel, bien qu'il n'ait aucune expérience directe de la fabrication de dispositifs médicaux.

Contrairement aux ventilateurs classiques, qui peuvent coûter jusqu'à 50 000 dollars, le nouveau ventilateur est peu coûteux et, surtout, il peut offrir suffisamment de fonctionnalités pour traiter les patients atteints de COVID-19, notamment le contrôle de la fréquence respiratoire et du volume courant. Bien que le coût final du respirateur ne soit pas encore connu, les chercheurs collaborant avec Glen s'attendent à ce qu'il puisse coûter environ 1 000 dollars par unité en cas de production de masse.

Medgadget a eu l'occasion de parler à Glen de sa technologie.

Conn Hastings, Medgadget : Veuillez nous donner un aperçu de la pénurie actuelle de ventilateurs pendant la pandémie COVID-19, et de la nécessité de trouver des alternatives à faible coût.

Glen Meyerowitz : La pandémie de COVID-19 a ravagé les fragiles systèmes de santé du monde entier pendant des mois. J'ai observé que des systèmes conçus pour traiter des dizaines de patients sont maintenant obligés de fournir des soins à des centaines de patients ou plus à la fois. De la Chine à l'Italie, et maintenant aux États-Unis, nos infrastructures de soins de santé ont du mal à faire face à cette augmentation soudaine. Cette poussée présente de nombreux problèmes, notamment une pénurie d'EPI et de personnel qualifié, mais un problème particulièrement pertinent pour COVID-19 est le manque de ventilateurs mécaniques, car COVID-19 est avant tout une maladie respiratoire qui nécessite souvent une ventilation mécanique pour soigner correctement un patient.

Les ventilateurs mécaniques modernes sont des appareils très compliqués et coûteux. Ils utilisent des valves et des capteurs avancés pour fournir un débit de gaz variable aux poumons du patient. Cette complexité signifie qu'il est difficile de les produire en grandes quantités dans un court laps de temps, même pour un modèle existant. J'espère que nous pourrons mettre au point un nouveau modèle de ventilateur beaucoup plus simple, qui se traduira par un coût moindre, une fabrication et un fonctionnement plus faciles et une maintenance réduite pour le personnel utilisant ces appareils.

Medgadget : Qu'est-ce qui vous a inspiré pour développer le ventilateur ? Avez-vous déjà eu l'expérience de la fabrication d'un équipement similaire ?

Glen Meyerowitz : Mon frère est un boursier en maladies infectieuses à Boston et lui et moi avons discuté ces dernières semaines de l'impact que la pénurie de ventilateurs aura sur les hôpitaux aux États-Unis. Après notre discussion début mars, j'ai commencé à examiner les principes de fonctionnement des ventilateurs et les exigences cliniques pour le traitement des patients atteints de COVID-19. Il m'est très vite apparu évident que les ventilateurs mécaniques traditionnels sont beaucoup plus compliqués qu'ils ne le devraient pour traiter les patients atteints de COVID-19, car ces appareils sont conçus pour traiter un éventail beaucoup plus large de problèmes respiratoires pour tout patient susceptible d'entrer dans une unité de soins intensifs.

Après avoir terminé mes études de premier cycle, j'ai travaillé pendant environ cinq ans comme ingénieur chez SpaceX où j'ai développé des systèmes pour tester les systèmes de propulsion des fusées et des engins spatiaux. Bien que mon expérience à SpaceX ne semble pas directement applicable au développement de dispositifs médicaux, il existe en fait un grand nombre de similitudes. Les deux exigent une compréhension de haut niveau du système avec lequel vous travaillez, la sécurité est une priorité absolue et il est important de comprendre les systèmes de connexion et les environnements dans lesquels ils seront utilisés. L'expérience et la formation que j'ai acquises au cours de ma carrière, ainsi que le soutien fourni par le programme Biodesign de l'UCLA, ont été extrêmement précieux pour permettre une conception et un prototypage rapides de ce ventilateur.

Medgadget : Était-ce un défi de fabriquer le ventilateur en utilisant des composants peu coûteux et faciles à trouver ?

Glen Meyerowitz : La fabrication du ventilateur lui-même a été l'une des parties les plus faciles de tout ce processus. Une fois la conception terminée, j'ai pu aller à Home Depot et acheter des articles de série qui répondaient aux besoins du système. Bien que je n'aie pas d'expérience dans le domaine des dispositifs médicaux, j'ai acquis une grande expérience dans la conception de systèmes de fluides et de plomberie depuis mon passage à SpaceX et ce travail est une extension très simple de cette expérience.

Medgadget : Quel type d'assistance respiratoire ce nouveau ventilateur peut-il fournir, par rapport aux ventilateurs hospitaliers coûteux préexistants ?

Glen Meyerowitz : Les cliniciens ont participé au développement de ce nouveau ventilateur depuis le premier jour. C'est pourquoi j'ai veillé à ce qu'il réponde aux besoins cliniques des patients atteints de COVID-19 et qu'il soit suffisamment souple pour être utilisé dans une unité de soins intensifs où l'on a besoin d'un ventilateur doté d'un large éventail de fonctions. Le ventilateur permet à l'utilisateur de faire varier le volume courant, la fréquence respiratoire, la fraction d'oxygène inspiré, les pressions et d'autres paramètres importants pour les réglages de l'unité de soins intensifs. Bien qu'il ne puisse pas faire tout ce qu'un appareil de 50 000 dollars peut faire, la flexibilité que nous offrons aux utilisateurs à ce niveau de prix et avec une interface aussi simple a reçu des commentaires extrêmement positifs.

Medgadget : Quelles sont les prochaines étapes pour le ventilateur ? Avez-vous l'intention de procéder à des tests cliniques ?

Glen Meyerowitz : Mon équipe a lancé une campagne IndieGogo pour aider à collecter des fonds afin de soutenir ce projet. L'argent servira directement à soutenir le développement et les essais de ce ventilateur, et nous espérons qu'il sera bientôt prêt pour une production à grande échelle.

J'ai été très heureux de recevoir le soutien de l'UCLA au cours de ce projet. Je suis actuellement étudiant en troisième cycle en génie électrique et informatique à la Samueli School of Engineering de l'UCLA et, à partir du mois d'août, je serai boursier du programme de biodesign de l'UCLA. Je suis très heureux de continuer à être soutenu par UCLA Health et l'école d'ingénieurs de l'UCLA pour faire avancer ce projet et le faire passer à l'étape des essais cliniques. J'espère utiliser le centre de simulation de l'UCLA à la David Geffen School of Medicine de l'UCLA et, une fois que j'aurai examiné les données précliniques, la prochaine étape consistera à étudier les exigences des essais cliniques de ce dispositif.

J'ai reçu un soutien considérable de la part des cliniciens, y compris de certains médecins de l'UCLA Health et d'autres dans tout le pays, pour ce projet, et leur soutien continu et leur perspicacité sont essentiels à une campagne de tests cliniques rapide et réussie.

Medgadget : Avez-vous des plans pour développer d'autres technologies médicales pour aider à lutter contre la pandémie COVID-19, ou au-delà ?

Glen Meyerowitz : Je suis entièrement absorbé par le projet de développement d'un ventilateur simple et peu coûteux pour aider à la réponse COVID-19. Au cours des innombrables conversations que j'ai eues avec des cliniciens et des personnes qui participent à la lutte contre COVID-19, j'ai constaté qu'il y a un certain nombre de domaines dans lesquels je pense que d'autres améliorations peuvent être apportées et qu'une nouvelle technologie peut être développée pour aider les cliniciens à fournir un traitement de meilleure qualité aux patients. J'aimerais continuer à développer le réseau de cliniciens et de professionnels de la santé avec lesquels j'interagis afin de mieux comprendre les problèmes auxquels ils sont confrontés, de sorte qu'une fois la pandémie COVID-19 passée, nous puissions tous travailler ensemble pour améliorer les bases sur lesquelles repose notre système de soins de santé afin de nous assurer que nous sommes mieux à même de répondre aux futures urgences.