Empresa tecnológica melhora os resultados de pacientes com COVID-19
A pandemia da COVID-19 criou uma crise global histórica. Um ano após o surto inicial em Wuhan, China, a resposta dos governos relativamente à saúde pública mostra que as engrenagens do progresso giram lentamente. Entram em cena os empreendedores de tecnologia do setor privado, que estão dando sua contribuição enfrentando alguns dos desafios clínicos mais perturbadores da pandemia. E muitas das ideias mais originais estão vindo de inovadores cujos negócios principais não estão na área de cuidados de saúde.
Considere o suporte pulmonar. O início da pandemia pegou a comunidade mundial de saúde com uma carência crucial de respiradores – as máquinas que respiram mecanicamente para pacientes com pulmões incapacitados. Vários inovadores do setor tecnológico estão melhorando os resultados de pacientes que precisam usar respiradores, tornando-os melhores, mais eficazes e mais disponíveis fora dos sobrecarregados ambientes de cuidados intensivos.
Project BreathEasy é uma iniciativa que cria “gêmeos digitais” dos pulmões humanos para auxiliar os médicos a tomarem decisões mais bem informadas – incluindo decisões sobre a configuração e o tempo que seus pacientes receberão o suporte de respiradores, levando, em última análise, a um uso mais eficaz dos escassos recursos dos cuidados intensivos. A iniciativa foi lançada pela OnScale, uma empresa analítica de nuvem localizada em Redwood City, Califórnia, e pela LEXMA, uma empresa de soluções avançadas de dinâmica de fluidos computacional (CFD) sediada em Arlington, Massachusetts.
Enquanto isso, o Institute for Transformative Technologies (ITT) localizado em Oakland, na Califórnia, está desenvolvendo o iPAP ou Intelligent Positive Air Pressure Machine (dispositivo de pressão de ar positiva inteligente). Combinando um dispositivo BiPAP com um concentrador de oxigênio integrado, o iPAP pode fornecer suporte pulmonar não invasivo a pacientes de COVID-19 recebendo cuidados primários. Também pode ser útil em lugares onde o uso de respiradores não é prático, como em áreas remotas de países de baixa renda.
Em Toronto, o governo da província de Ontário solicitou à ForceN, uma equipe de residentes da Outsight Network dos Centros Tecnológicos da Autodesk, para que suprissem a falta de sensores de pressão de respiradores do Canadá. O ForceFilm da ForcenN é um sistema de sensores de força ultra fino que fornece uma “sensação de toque digital” para as indústrias robótica, automotiva, aeroespacial e outras indústrias de alta confiabilidade. A ForceN rapidamente produziu protótipos da sua tecnologia patenteada para não apenas suprir a escassez de sensores de pressão, mas também melhorar a sensibilidade à pressão numa nova geração de respiradores.
Gêmeos digitais da BreathEasy
O engenheiro aeroespacial Ian Campbell é o chefe da equipe multidisciplinar do Projeto BreathEasy. “Não tenho muito conhecimento direto sobre os pulmões humanos”, afirma Campbell. “O que sei é como executar simulações de dinâmica de fluidos computacional em supercomputadores de nuvem amplamente escalonáveis. Para fazer isso, fundei uma empresa chamada OnScale.”
À medida que a crise da COVID-19 avançava, Campbell começou a procurar maneiras de aplicar essa especialidade. Como a infecção atacava os pulmões de cada indivíduo de maneira diferente, tornou-se evidente que era preciso que os médicos avaliassem seus pacientes individualmente. Usando principalmente dados de tomografias computadorizadas, os engenheiros da OnScale e da LEXMA criaram um conjunto de simulações 3D – um gêmeo digital dos pulmões de cada paciente para avaliação individualizada de caso.
“Em março, quando desenvolvemos a capacidade pela primeira vez”, conta Campbell, “os médicos se perguntavam: ‘Entubo ou não este paciente? Se eu entubar o paciente, qual deverá ser a pressão e o volume de ar para cada ciclo respiratório? Por quanto tempo devo manter o paciente entubado? E, para diferentes durações e configurações, quais serão os resultados esperados?’”
O tempo é essencial. Se um paciente chega exibindo sintomas de COVID-19, o médico solicita uma tomografia computadorizada que fornece dados em 3D para gerar as simulações. “Nossa solução pode então simular o ar que entra nos pulmões, os pulmões extraindo oxigênio do ar, etc.”, afirma Campbell. “Podemos fazer essas simulações muito rapidamente em supercomputadores de nuvem.” Esse processo produz um conjunto de recomendações – a mais importante: se é preciso ou não entubar o paciente.
Tradicionalmente, os médicos usam oximetria de pulso, análise física e exemplos de livros didáticos para decidir se devem ou não entubar um paciente. Existem bons modelos para influenza, mas os modelos para a COVID-19 são novos e estão constantemente mudando. “O gêmeo digital fornece uma estrutura analítica melhor para gerenciar os resultados”, diz Campbell.
O Projeto BreathEasy pretende criar um modelo de inteligência artificial que fornece essa estrutura de análise. Atualmente há apenas um pequeno conjunto de dados fornecido a partir de algumas centenas de pacientes. O poder de previsão do modelo aumentará à medida que o conjunto de dados crescer. A equipe de Campbell está trabalhando com vários fabricantes de respiradores para coletar mais dados de pacientes.
Espera-se que o gêmeo digital permita que os médicos avaliem os pacientes mais detalhadamente, o que deve levar a melhores resultados clínicos, períodos de intubação mais curtos e uma gestão de recursos mais eficaz. “Se as instalações ficam superlotadas, os pacientes morrem”, afirma Campbell.
Suporte pulmonar para instalações de cuidados primários da ITT
A ITT é uma organização sem fins lucrativos, criada para tratar de problemas globais em escala macro, tais como insegurança alimentar, desigualdade de riqueza e direitos humanos, frequentemente promovendo tecnologias adequadas para países de baixa renda. Na África subsaariana, a ITT focou em desafios como geração de energia solar em pequena escala e saneamento em nível de vilarejo, bem como em projetos relacionados à saúde.
“Então veio a COVID-19”, diz Noha El-Ghobashy, chefe de operações da ITT. A ITT investigou a viabilidade de um respirador de baixo custo para ser implantado na África. A dificuldade, de acordo com El-Ghobashy, era que mais de 90% dos africanos têm acesso apenas a instalações de cuidados primários. “Eles não têm acesso a hospitais terciários com leitos de UTI, profissionais treinados e suprimentos de oxigênio confiáveis”, declara ela.
Os pacientes da COVID-19 na África precisam de oxigênio fornecido sob pressão positiva para manter os alvéolos pulmonares abertos. Essa é a função de um BiPAP, um dispositivo comumente usado por pacientes do primeiro mundo para controlar a apneia do sono, seja em ambiente de cuidados primários ou domiciliar. O dispositivo não requer linhas ou tanques de oxigênio, suprimentos escassos em países de baixa renda.
“Um BiPAP pode não ser por si só uma solução para a COVID-19”, afirma El-Ghobashy, “mas poderia auxiliar no tratamento de pacientes com COVID-19, se combinado com um concentrador de oxigênio.” Ela afirma que o truque é controlar de forma precisa a pressão positiva e maximizar a concentração de oxigênio – e manter o custo de toda a solução abaixo de US$ 500 para torná-la acessível às economias emergentes.
O iPAP da ITT introduziu uma série de inovações, incluindo configurações de protocolo padronizadas feitas através de dispositivos móveis. Cortesia da ITT.O IPAP combina a simplicidade e o baixo custo de um dispositivo BiPAP com as principais funcionalidades de um respirador, integrando um concentrador de oxigênio e um oxímetro de pulso para controlar os níveis de oxigênio e a pressão. A unidade inclui de forma crucial um esterilizador ultravioleta que recebe o ar exalado da máscara para proteger os médicos e funcionários contra infecções por gotículas de aerossol. Tanto a própria unidade quanto um smartphone pode controlar a concentração e a pressão de oxigênio.
Uma unidade “O2pus” será composta de máscara, tubos, válvulas e esterilizador, e será lançada e comercializada separadamente para que possa ser usada com dispositivos padrão BiPAP enquanto o iPAP estiver sendo desenvolvido.
“A infraestrutura sanitária na África subsaariana é extremamente frágil”, afirma El-Ghobashy. Manter um suprimento de oxigênio confiável, por exemplo, é um fator limitante significativo. A ITT estudou empresários locais que haviam desenvolvido negócios de oxigênio de uso médico, mas descobriu que nenhum deles era financeiramente sustentável. Portanto, como uma iniciativa separada ao iPAP, para abordar a questão de carência de oxigênio da África subsaariana, a ITT lançou seu próprio “modelo de franquia” financiado por subvenções, oferecendo capital e assistência técnica a empresas locais para a instalação de fábricas de oxigênio de média escala. O financiamento filantrópico é usado para eliminar o risco da startup local, mas espera-se que o empreendimento alcance sustentabilidade comercial em pouco tempo.
Para evitar a potencial interrupção da cadeia de fornecimento que os comerciantes de respiradores sofreram no início da pandemia, a ITT espera poder fabricar os sistemas iPAP em diversos locais, como Índia, China, Malásia e Europa Oriental.
Sensores de pressão da ForceN
A ForceN começou em 2015 focando em robótica cirúrgica e industrial. “Fazemos sensores de força especializados para robôs cirúrgicos – dessa forma, o robô pode sentir a força que aplica ao corpo humano”, comenta o CEO da ForceN, Rob Brooks. “Esse é nosso trabalho do dia a dia: robótica e automação de alta confiabilidade.”
A ForceN fabrica uma membrana da espessura de uma folha de papel com minúsculos transdutores sensíveis à força embutidos que geram dados para medir as forças que pressionam e deformam a membrana. Um cirurgião humano sente pressão na ponta dos dedos, enquanto os sensores ForceN podem ser aplicados a sistemas robóticos e dispositivos médicos para medir as forças aplicadas a sistemas vitais críticos, auxiliando o procedimento do cirurgião.
A área de P&D da ForceN direcionada à COVID-19 começou num sábado à noite com um telefonema de Warren Ali, VP de inovação da Associação de Fabricantes de Autopeças (APMA), para Angad Sandhu, VP de desenvolvimento de negócios da ForceN. A APMA continua a trabalhar e apoiar o governo de Ontário na produção de respiradores.
“Os respiradores precisam de sensores de pressão,” diz Sandhu. “Os que estão sendo usados atualmente em muitos respiradores disponíveis no mercado foram feitos nos EUA pela Honeywell, principalmente para o mercado americano. Havia uma preocupação de que os fabricantes canadenses de respiradores talvez não conseguissem obter esses sensores de pressão a tempo de salvar vidas.”
A ForceN desenvolveu rapidamente uma alternativa para o sensor Honeywell (com financiamento mínimo, utilizando instalações de desenvolvimento improvisadas durante a fase de isolamento da pandemia). Brooks conta que “A Honeywell acabou aumentando a produção para atender às necessidades do mercado, mas os fabricantes canadenses de ventiladores agora têm uma fonte reserva devido à rápida prototipagem e fabricação digital da ForceN.”
O sensor de pressão controla o fluxo de gases para os pulmões do paciente e a pressão na qual esses gases são fornecidos. Mesmo pulmões saudáveis só podem suportar uma determinada pressão. “Você quer ter um sistema que controle a pressão nas vias aéreas do paciente o mais precisamente possível para evitar hematomas”, afirma Brooks. “Apenas fazer entrar ar nos pulmões de um paciente pode realmente danificá-los. Os respiradores adequados para uso em UTI normalmente têm quatro a cinco sensores para controlar a pressão e a composição do ar.”
A experiência anterior da ForceN na fabricação de produtos médicos deu a ela uma vantagem regulatória. “Não somos o fabricante final de respiradores, portanto não somos nós que solicitamos a aprovação regulatória”, afirma Brooks. “Mas já sabemos como funcionam os processos de aprovação nos EUA e no Canadá.”
Em muitos países, equipes financiadas pelo governo se mobilizaram para articular operações de fabricação para produzir mais respiradores, reparar máquinas antigas ou quebradas e localizar estoques esquecidos. Estes são problemas tanto comerciais quanto políticos. Os governos mais bem preparados do mundo começaram a dar a seus fornecedores de serviços de saúde algum espaço para pensar não apenas em adquirir um número suficiente de respiradores, mas também em como alcançar os melhores resultados com os recursos que possuem. É aí que os empreendedores fazem suas contribuições mais diretas. No Brasil, desde o início da pandemia, inúmeras iniciativas buscaram aumentar a produção de respiradores para atender a demanda no tratamento de pacientes com COVID-19 em estado grave. Com estratégia inovadora e apoio do SENAI, um grupo de indústrias reunidas em cinco projetos aumentou a produção de respiradores hospitalares com aprovação da Anvisa para até 7,2 mil aparelhos por mês. Já pesquisadores da Poli, Universidade de São Paulo (USP), desenvolveram o projeto de um ventilador pulmonar mecânico para ser produzido por fabricantes autorizados de forma rápida e com baixo custo. Enquanto no mercado, um respirador convencional custa no mínimo cerca de R$ 15 mil, o projeto da Poli permite produzir o equipamento a um valor em torno de R$ 1 mil.