Oefenintolerantie, of het onvermogen om zichzelf fysiek uit te oefenen zonder kortademigheid of extreme vermoeidheid te ervaren, is niet ongewoon. Voor mensen met de aandoening kunnen eenvoudige taken, zoals boodschappen doen of een trap oplopen, onbetaalbaar zijn. Dezelfde symptomen zijn typerend voor vele ziekten, waaronder hartfalen, longontsteking en astma, en het vinden van de oorzaak komt soms neer op een uitgebreid, duur onderzoek dat een cardiopulmonale inspanningstest (CPET) wordt genoemd.
Normaal gesproken houdt CPET in dat u uitgeput traint op een loopband of op een hometrainer, terwijl u een invasief masker, een neusklem en een elektrocardiogram draagt. Artsen kijken naar de werking van de longen, spieren en het hart van de patiënt en proberen uit te lokken waar het probleem vandaan komt. Zelfs dan kan de test, die duizenden dollars kost en een team van mensen vereist om op te zetten, geen uitsluitsel geven en moet worden herhaald om te leren of behandeling of recepten werken.
Een betere CPET was de uitdaging die Mass General cardioloog Maulik Majmudar afgelopen najaar bracht aan de studenten van de ontwerpklasse medische hulpmiddelen van MIT. In de klas, die ongeveer 50 studenten per jaar heeft gezien sinds het in 2004 begon als een meer praktische benadering van een reeds bestaande ontwerpklasse voor apparaten, presenteren medische professionals een probleem dat ze in de praktijk zijn tegengekomen. Afgestudeerde studenten en een aantal niet-gegradueerde senioren werken samen in groepen van drie tot vijf teamleden, ontvangen een budget dat gedeeltelijk afkomstig is van industriële donoren en hebben de taak een oplossing te bedenken.
“De industrie van medische hulpmiddelen staat in zijn ongelooflijke conservatisme eigenlijk niet erg open voor innovatie. De meeste innovatie vindt plaats in de startups, ”zegt Nevan Hanumara, onderzoekswetenschapper bij MIT en een van de cursusinstructeurs bij oprichter Alexander Slocum. "Wat ik denk dat een beetje uniek is aan wat we doen, is de productiviteit bij het genereren van nieuwe ideeën die we eigenlijk in een educatief formaat hebben weten te realiseren."
Professor Alex Slocum (rechts) werkt met studenten Alban Cobi en Steven Link, die een instelbaar fantoom ontwikkelen voor validatie van radiotherapie. (John Freidah) Twee studenten elektrotechniek, Alexander Mok en Andreea Martin, bundelden hun krachten met twee werktuigbouwkundigen en een geïntegreerde student voor ontwerp en management, en begonnen een rigoureus proces van onderzoek, ontwerp en iteratie om een effectievere en kosteneffectievere test te ontwikkelen. Mok en Martin's groep bedachten een draagbare gezondheidsmonitor die de hartslag en de hoeveelheid ingeademd gas kan meten. Het apparaat evalueert de interactie van het hart en de longen van de patiënt gedurende de dag. "We proberen meer langetermijngegevens te vinden over een veel kleinere schaal van fysieke activiteit, " zegt Martin.
Het ontwerp kwam niet uit de lucht vallen. Majmudar begeleidde hen, kwam wekelijks bijeen, stelde hen voor aan clinici die in het veld werken en helpt hen testen met vrijwilligers op te zetten. Het concept is ontstaan met het idee om moderne, geminiaturiseerde elektronica en sensoren in een draagbaar pakket te gebruiken, zodat artsen gegevens over een tijdsperiode in het leven van een patiënt kunnen lezen, niet alleen geïsoleerde laboratoriumtests. Aan het einde van het vorige semester zette Mok hun eerste prototype op, dat de sensoren in een shirt omvat, en deed verschillende CPET's om te vergelijken.
Studenten werktuigbouwkunde Elizabeth Mittman, Alban Cobi en Luke Gray werken bij Piotr Zygmanski (rechts) in Brigham en Women's Hospital. (John Freidah) Hoewel de meeste projecten uit de klas met de klas eindigen, gaan sommige - zoals Mok en Martin's - door naar een tweede semester, waar ze hun uitvindingen oppoetsen en ontwikkelen als producten, en zelfs verder, als startups of gelicentieerde technologie. Af en toe betekent dat patenteren, en daarom hebben Mok en Martin geweigerd de details van hun technologie te delen. Van de vijf leden van hun team gingen alleen Mok en Martin door met het project. Ze werken momenteel om hun resultaten te vergelijken met traditionele CPET's - Mok's test met het apparaat van de groep was vergelijkbaar genoeg met zijn CPET om veelbelovend te zijn - en bouwden een tweede prototype dat de vormfactor verbetert. Ze zullen ook het regelgevingspad onderzoeken, marktonderzoek doen en beginnen met bedrijfsontwikkeling.
In het verleden had een arts die patiënten met laag testosteron behandelde, een systeem voor eenmalig gebruik nodig, zodat patiënten hun eigen systeem konden toepassen. Technische studenten hebben voldoende farmacologie geleerd om een nieuwe spuit uit te vinden die de verschillende componenten van de behandeling gescheiden houdt totdat deze wordt gebruikt, en werken nu samen met Angel Investors en industriële partners om het apparaat te lanceren. Daarvoor, studenten die een shirt hebben gebouwd dat slaapstoornissen meet die zijn gedraaid naar onesies voor het monitoren van baby's en in 2011 werden opgenomen als Rest Devices, Inc. Nu beschikbaar, de onesie-monitor, genaamd Mimo, volgt slaap, positie, ademhaling en huidtemperatuur, en verzendt het via een telefoon-app.
In het verleden hebben ingenieursstudenten voldoende farmacologie geleerd om een nieuwe spuit uit te vinden die de verschillende componenten van de behandeling gescheiden houdt totdat deze wordt gebruikt. (Recon Therapeutics) Hanumara's klas, hoewel gebouwd op een gemeenschap die instructeurs, TA's en vooral clinici omvat, staat niet alleen; medische prototyping centra zijn verspreid op universiteiten in het hele land en de wereld, van undergrad tot postdoctorale programma's. Duke, de Universiteit van Minnesota, Johns Hopkins, Georgia Tech en meer dan honderd meer vormen de Biomedical Engineering, Innovation, Design en Entrepreneurship Alliance, die bijeenkomt om middelen en ervaringen tussen de programma's te delen. Een van de oudste, Stanford Biodesign, werd in 2001 opgericht door Paul Yock, een Stanford-professor in de geneeskunde en bio-engineering die het type praktische, mentorale opleiding trachtte te krijgen die hij kreeg van de ervaren ondernemers die hem hielpen een bedrijf te starten dat cardiovasculair maakte apparaten en licentie een over-the-wire ballon angioplastiek uitvinding tijdens zijn opleiding in Stanford, decennia eerder.
Stanford Biodesign biedt ook afgestudeerde en niet-gegradueerde lessen, maar de primaire focus is een full-time programma van het type van twee semester fellowship dat Yock een "afwerking school voor uitvinders van gezondheidstechnologieën" noemt. Studenten brengen twee maanden in klinische onderdompeling door, waarin ze moeten 200 "behoeften" vinden die ze naar beneden filteren op basis van hoe belangrijk ze zijn, hoe oplosbaar, hoe verhandelbaar, en zelfs of bestaand intellectueel eigendom en FDA-routes haalbaar zijn.
"De hele mantra van ons programma is dat goed gekarakteriseerde behoefte het DNA is van een goede uitvinding, " zegt Yock. Studenten "krijgen uit de eerste hand een observatie-idee van wat er kan worden verbeterd." Ongeveer 200 studenten hebben het programma voltooid en ongeveer de helft is doorgegaan met startups. In misschien wel het grootste succesverhaal tot nu toe heeft alumnus Uday Kumar iRhythm opgericht, een digitaal gezondheidszorgbedrijf dat een slimme hartmonitoringspatch maakt die gegevens rechtstreeks naar artsen verzendt en de industriestandaard is geworden. Anderen landden bij bestaande bedrijven, of begonnen zelfs soortgelijke programma's aan andere universiteiten.
Volgens zowel Hanumara als Yock is het openstellen van innovatie vooral belangrijk in het huidige medische systeem, dat manieren moet vinden om betere zorg te bieden met een beperkt budget.
"Uiteindelijk, als je lesgeeft, is het beste, meest opwindende product dat je kunt bedenken mensen die succesvol zijn in hun beroep", zegt Hanumara.
