La conversation

La «  conception frugale  » apporte des innovations médicales aux communautés qui manquent de ressources pendant la pandémie

Les espaces de fabrication donnent aux ingénieurs et aux concepteurs les outils nécessaires pour construire des équipements médicaux à faible coût en utilisant des matériaux disponibles localement. Brandon Martin, Université Rice, CC BY-NC-NDDr. Msandeni Chiume Kayuni s’est retrouvée au milieu d’une crise d’approvisionnement alors que le COVID-19 s’est propagé en Afrique en avril 2020. En tant que chef de la pédiatrie à l’hôpital central de Kamuzu à Lilongwe, au Malawi, son équipe a été confrontée à une pénurie critique de N95 et de masques chirurgicaux réguliers. Les infirmières et les médecins étaient en grève. «Nous avons demandé à des membres du personnel de l’hôpital de poser leurs outils parce qu’ils ne pensaient pas qu’il était sécuritaire de s’entraîner», nous a-t-elle dit lors d’un entretien. L’ingéniosité est intervenue. L’équipe du Malawi a acheté des imperméables sur le marché local pour les utiliser comme équipement de protection individuelle lorsqu’ils ne pouvaient pas se permettre des blouses appropriées qui coûtaient trois fois plus cher. Contrairement aux blouses jetables, les vêtements de pluie peuvent facilement être désinfectés avec de l’eau de javel et réutilisés. Dans le monde entier, alors que la chaîne d’approvisionnement mondiale pour les EPI de base, les tests de diagnostic et l’équipement pour traiter les patients gravement malades du COVID-19 se déformait sous la tension, le personnel médical a improvisé et les ingénieurs ont commencé à développer des solutions presque du jour au lendemain. Les étudiants en génie ont utilisé des espaces de fabrication universitaires pour inventer et produire de nouvelles technologies – écrans faciaux, stations de lavage des mains automatisées, équipement de test de diagnostic et équipement d’assistance respiratoire – qui ont permis aux travailleurs de la santé de fournir des soins efficaces en toute sécurité. En tant qu’ingénieurs travaillant aux États-Unis et au Malawi pour développer des dispositifs médicaux efficaces et abordables pour les communautés à faibles ressources, nous pratiquons et enseignons régulièrement ce niveau de débrouillardise, appelé «conception frugale». Diffusion de la lumière Le personnel médical a réutilisé les masques N95 disponibles, destinés à être utilisés une fois, pendant des semaines ou des mois, ce qui nécessitait des moyens innovants pour les désinfecter, notamment des radiateurs, des stérilisateurs à gaz et des rayons ultraviolets. UVC – lumière ultraviolette à courte longueur d’onde – tue ou inactive les virus, y compris le SARS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19. Lors de la pandémie, les scientifiques ont installé des systèmes UVC dans les chambres d’amis des hôpitaux pour désinfecter les masques. Le centre médical de l’Université du Nebraska a équipé une salle de tours d’éclairage UVC et a enduit les murs d’une feuille réfléchissante pour maximiser la dose de lumière UVC. Des masques sales sont attachés à des rangées de cordes à linge accrochées à travers la salle UVC. Un opérateur à l’extérieur de la pièce a allumé les lumières, et un détecteur dans la pièce s’est assuré que les masques avaient reçu une dose de lumière anti-virus. Les masques peuvent être désinfectés et réutilisés plusieurs fois sans endommager leur intégrité. Des ingénieurs de Houston, du Malawi et de Tanzanie ont travaillé ensemble pour réduire le coût des systèmes de désinfection UVC en salle à moins de 800 $ US, et plusieurs systèmes sont maintenant installés dans les hôpitaux du Malawi et de la Tanzanie. Les ingénieurs d’autres sites ont construit des stations de désinfection en adaptant des lampes UV dans les hottes normalement utilisées pour faire pousser des cellules en culture ou en réutilisant la lumière UV dans un désinfectant d’aquarium. Innovation locale pour les EPI Les travailleurs de la santé du monde entier se sont tournés vers les écrans faciaux imprimés en 3D dans les premiers mois de la pandémie. Julia Jenjezwa, Institut Rice 360 ​​° pour la santé mondiale, CC BY-NC-ND Partout dans le monde, des étudiants en génie ont utilisé de nouveaux espaces de création dans des universités avec des imprimantes 3D et des découpeurs laser pour intégrer de nouvelles conceptions d’EPI dans une production locale à grande échelle. Les étudiants et le personnel des deux écoles d’ingénieurs du Malawi, le Malawi Polytechnic et l’Université des sciences et technologies du Malawi, ainsi que de l’Institut de technologie de Dar es Salaam en Tanzanie, ont adapté des conceptions open source pour produire des écrans faciaux. Ils ont consulté des cliniciens des hôpitaux partenaires pour améliorer le confort et la sécurité tout en utilisant uniquement des matériaux disponibles localement. Les organisations de développement, dont l’UNICEF et le Programme des Nations Unies pour le développement, ont commandé plus de 8 000 écrans faciaux qui ont été produits localement et livrés aux hôpitaux de la région. Repenser les conceptions de diagnostic Les laboratoires de diagnostic n’ont pas pu obtenir les fournitures essentielles nécessaires pour exécuter les tests COVID-19 aux premiers stades de la pandémie. Au début de 2020, les principaux hôpitaux et systèmes de santé publique ont eu du mal à obtenir les écouvillons, les tubes d’échantillons, les réactifs et l’équipement nécessaires pour répondre à la demande croissante de tests. Le premier test COVID-19 disponible reposait sur la réaction en chaîne par polymérase, ou PCR, une méthode qui augmente la quantité d’un ARN viral dans un échantillon à des niveaux détectables. Cette méthode de test nécessite des réactifs et du matériel spécialisés pour isoler l’ARN viral, le transformer en ADN et déclencher le processus d’amplification. En raison de la complexité des tests basés sur la PCR et de la rareté des réactifs de test, les National Institutes of Health ont investi 1,5 milliard de dollars dans le programme RADx pour inciter les innovateurs à trouver de nouveaux tests de diagnostic abordables. De nombreux tests innovants ont reçu une autorisation d’utilisation d’urgence de la Food and Drug Administration et sont désormais utilisés dans le monde entier. Par exemple, des chercheurs de Harvard ont utilisé une simple réaction à température unique pour amplifier l’ARN viral, éliminant de nombreuses étapes et réactifs nécessaires de la PCR et accélérant le temps de test. Des chercheurs de Stanford ont adapté le mécanisme à l’intérieur d’une lampe de poche jouet pour construire une simple centrifugeuse sans électricité pour aider à effectuer ce nouveau test COVID-19 dans des zones dépourvues d’électricité et d’autres infrastructures de laboratoire. Des appareils comme cette centrifugeuse manuelle pourraient rendre les tests COVID-19 plus accessibles dans les communautés ayant un accès limité à l’électricité. Renforcement des fournitures de ventilateurs En réponse à la pénurie mondiale de ventilateurs au cours des premiers mois de la pandémie de l’an dernier, les ingénieurs ont conçu des dispositifs simples pour fournir une assistance respiratoire temporaire. Des plans open source pour deux systèmes, l’un conçu par le MIT Emergency Ventilator Project et l’autre conçu par les étudiants et le personnel de l’Université Rice, sont disponibles en ligne. Une pénurie mondiale d’oxygène dans les pays à faibles ressources a conduit de nombreux prestataires de soins de santé de ces pays à recourir à la ventilation mécanique. Les ventilateurs sont également rares, en partie à cause de problèmes avec un programme américain de don de ventilateurs. Les étudiants et les professeurs de l’Université des sciences et technologies du Malawi ont développé un système similaire aux ventilateurs MIT et Rice qui peut être assemblé à l’aide de matériaux disponibles au Malawi. Les étudiants de Malawi Polytechnic ont travaillé avec des médecins locaux pour développer un ventilateur avec plus de fonctionnalités. Innovation en matière d’hygiène Les responsables de la santé publique soulignent le rôle du lavage des mains, ainsi que la distanciation sociale et les masques faciaux, pour freiner la propagation continue du COVID-19. Cependant, de nombreuses écoles et même certains hôpitaux situés dans des milieux à faibles ressources ne disposent pas d’eau courante et d’éviers permettant aux étudiants et aux patients de se laver régulièrement les mains. En réponse, Brenald Dzonzi, un étudiant en génie à la Malawi Polytechnic, a conçu une station de lavage des mains sans contact. De petites quantités d’eau et de savon sont automatiquement distribuées à partir de conteneurs préremplis lorsqu’un utilisateur se tient devant la station. Le système est fabriqué à partir de matériaux locaux et est maintenant installé dans un hôpital local. Jusqu’à 2 000 patients peuvent se laver les mains en toute sécurité avant que le système ne doive être rempli. Dzonzi a reçu le prix UNICEF Youth Challenge pour financer le développement continu de la station de lavage des mains. Conception élégante et durable Lorsque l’équipement ne convient pas à un environnement, parce qu’il ne peut pas tolérer des conditions chaudes et poussiéreuses, par exemple, il finit par être jeté dans les cimetières d’équipement – ne servant personne. En revanche, les conceptions frugales exécutées avec succès offrent durabilité et adéquation aux environnements à faibles ressources. Un «cimetière» de matériel médical au Malawi. Rice 360 ​​° Institute for Global Health, CC BY-NC-ND Un exemple de ce type de design élégant est le FoldScope, un microscope en papier à faible coût utilisé pour améliorer le diagnostic médical et l’enseignement des sciences dans les environnements à faibles ressources. D’autres exemples incluent les lampes de photothérapie à base de LED utilisées pour traiter la jaunisse chez les nouveau-nés et les CPAP à faible coût qui apportent un soutien respiratoire aux nouveau-nés petits et malades dans les établissements de soins de santé à faibles ressources. Pour encourager la conception frugale, les universités du monde entier changent leur façon d’enseigner l’ingénierie – en se concentrant sur la conception frugale et en incitant des étudiants comme Dzonzi à inventer des solutions qui résolvent de vrais problèmes. Bien que la pandémie ait suscité un besoin mondial de conception frugale, la pratique est généralement importante pour réduire l’écart de soins de santé entre les communautés à ressources élevées et faibles et apporter des services de soins de santé aux communautés mal desservies. site dédié au partage d’idées d’experts académiques. Il a été rédigé par: Rebecca Richards-Kortum, Université Rice et Theresa Mkandawire, Université du Malawi. Lire la suite: Comment les sans-abri peuvent-ils lutter contre le coronavirus? Un organisme communautaire s’associe à des universitaires pour créer une infrastructure de lavage des mains à la base Après un siècle, l’insuline coûte toujours cher – les bricoleurs pourraient-ils changer cela? Rebecca Richards-Kortum reçoit des financements des National Institutes of Health, de la National Science Foundation, de la Bill & Melinda Gates Foundation, de la MacArthur Foundation, d’ELMA Philanthropies, de la Children’s Investment Fund Foundation et de la Lemelson Foundation. Theresa Mkandawire ne travaille pas, ne consulte pas, ne détient pas d’actions ou ne reçoit de financement d’aucune entreprise ou organisation qui bénéficierait de cet article, et n’a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination universitaire.