Hur testar man för malaria när man inte har tillgång till specialiserad diagnostikutrustning? Hur tar du hand om för tidigt födda barn när ditt sjukhus inte har råd med den nödvändiga utrustningen? Hur övervakar du patienter under kirurgiska ingrepp om du förväntar dig strömstörningar? Tyvärr dyker frågor som dessa upp alltför ofta i utvecklingsländer, där vårdpersonal ställs inför en daglig kamp för att ta hand om sina patienter.
Det är lätt för oss i utvecklade länder att förvänta oss den senaste tekniken på våra sjukhus. Men för miljontals människor runt om i världen är detta inte fallet. Med begränsade budgetar och begränsade resurser måste läkare och sjuksköterskor som arbetar inom dessa områden lära sig att använda billiga verktyg och material för att lösa sina problem. Dessa kanske inte ser snygga ut, men i vissa fall är de den enda lösningen.
Pappersteknik
Det kan inte bli billigare än papper. Inspirerade av fältbesök runt om i världen där de ofta stötte på trasig utrustning, eller ingen alls, skapade ett team av bioingenjörer från Stanford University ett mikroskop gjord av pappersbitar. För mindre än $1 kan den här enheten ge 2 000x förstoring. Den väger mindre än 10g, är tillräckligt liten för att få plats i en ficka och, framför allt, kräver den inte elektricitet för att fungera. Det är inte ofta man hittar orden optik och origami i samma mening, men det är så författarna beskriver sitt skapande.
Men teamet insåg snabbt att mikroskopet ensamt inte var tillräckligt för diagnos. Att leta i mikroskopet efter parasiter i en enda droppe blod är som att leta efter en nål i en höstack. ”Det är avgörande att när du säger till en patient att de är negativa för malaria, [you’re] verkligen säker på att det inte ens finns en enda parasit i det provet”, sa teammedlemmen Saad Bhamla.
(Ovan: Stanford Medicines pappersmikroskop)
”Jag kom ihåg att jag spelade med min mormor, som brukade ge mig knappar och snören”
”Du behöver andra verktyg,” tillade forskaren, ”och en nyckel är en centrifug.” Efter veckor av att testa allt med en snurrmekanism, från salladssnurror till äggvispar och jojo, hade Bhamla en kväll ett eureka-ögonblick. ”Jag kom ihåg att jag spelade med min mormor, som brukade ge mig knappar och snören [to make a whirligig toy]. Jag satte den i en höghastighetskamera och, till min förvåning, snurrade den i ungefär 12 000 rpm.”
Efter några månaders prototypframställning skapade de en billig pappersbaserad centrifug med hastigheter upp till 125 000 rpm, vilket gör att de kan separera blod på mindre än två minuter. Det finns fortfarande mycket att göra, men teamet hoppas att den här nya enheten kommer att bli en del av deras grundläggande diagnostiska kit. ”När vi vill göra diagnostik på en avlägsen plats utan elektricitet – bokstavligen under ett träd – måste vi ha all infrastruktur som behövs i en ryggsäck”, sa Bhamla.
För ett så enkelt material har papper visat sig vara ett extremt användbart verktyg. Ett team från Purdue University drar också nytta av dess mångsidighet efter att de hittat ett sätt att göra den resistent mot vätskor. Behandlingen fungerar i princip som en teflonbeläggning på en stekpanna, så att papperet inte kan göras blött av olja eller vatten. Precis som Bhamlas virvel, kom inspirationen från behovet av att använda diagnostiska verktyg i områden utan tillgång till dricksvatten eller elektricitet. ”Papper råkar vara billigt, det är lätt att tillverka, det är lätt, det är väldigt lätt att transportera”, säger teamledaren Ramses Martinez.
(Ovan: Stanford Medicines papperscentrifug)
Varje ark behandlat papper kommer också med praktiskt taget osynliga kanaler som leder till kammare med specifika reagenser. ”En enkel droppe blod kan extraheras från patienten och sedan sättas i kontakt med pappersenheten, som automatiskt kan distribuera blodet genom mikrokanalerna med hjälp av kapillärkrafter,” förklarade Martinez. ”Blodet når testzoner laddade med reagens som kan ge en kvantitativ eller kolorimetrisk eller elektrokemisk mätning för en mängd olika bioanalyter.” Hittills har teamet utvecklat reagenser för att testa malaria och tuberkulos och arbetar nu i samarbete med sjukhus i Kenya med att spåra toxiner, virus och näringsbrister.
Klarar av strömavbrott
Naturligtvis kan papper vara bra för fältdiagnostik, men sjukhus behöver mer robust teknik. För storskalig utrustning är ett vanligt tillvägagångssätt för att ta med enheter till utvecklingsländer att ta bort onödiga funktioner i befintliga maskiner för att göra dem billigare och enklare att använda.
General Electric (GE) är ett av många företag som nu upptäcker marknaden för dessa sparsamma innovationer. Avgörande är att företaget utvecklar nya produkter med hänsyn till de förhållanden under vilka de kommer att användas, inklusive sätt att hantera strömavbrott eller spänningsfluktuationer, höga temperaturer, föroreningar och intensiv användning. En av dess mest framgångsrika enheter är Lullaby Baby Warmer, som används för att hjälpa för tidigt födda barn att anpassa sig till rumstemperatur, som för närvarande finns i mer än 60 länder. Den kanske inte är lika billig som en pappersenhet, men för 3 000 USD per enhet är den 70 % billigare än traditionella modeller. Denna enhet har en enorm livräddande potential. Femhundra barn som föds underviktiga dör varje timme, varav de flesta kunde undvikas genom att helt enkelt hålla dem varma.
(Ovan: GE Healthcares Lullaby Baby Warmer)
I ett annat försök att hjälpa för tidigt födda barn har ett team från Rice University i Texas utvecklat en billig enhet för att hjälpa nyfödda att andas. ”Vi utvecklade det som svar på ett behov som identifierades av våra barnläkare som arbetar på Queen Elizabeth Central Hospital i Blantyre, Malawi”, säger professor i bioteknik Rebecca Richards-Kortum. ”Med 18 % av barn som föds för tidigt har Malawi den högsta andelen för tidigt födda. Mer än hälften av för tidigt födda barn kämpar för att andas eftersom deras lungor är omogna.”
Författarna spekulerar att det kan öka överlevnaden med upp till 70 % hos för tidigt födda barn med andningssvårigheter
Enheten kan byggas för mindre än 200 USD, men klarar av samma trycknivåer som de som används i utvecklade länder. Dessutom är underhållet billigt och enkelt eftersom det bara använder komponenter från hyllan. Författarna spekulerar att det kan öka överlevnaden med upp till 70 % hos för tidigt födda barn med andningssvårigheter, vilket betyder att det bara i Afrika har potential att rädda nästan 200 000 liv varje år.
Ett tredje exempel på den här typen av tillvägagångssätt är det arbete som utförs av biomedicinsk ingenjör Reece Stevens, samtidigt som han arbetade med Engineering World Health (EWH), en organisation som specialiserat sig på design och reparation av medicinsk utrustning för resurssnåla miljöer. Efter att ha arbetat som volontär på ett sjukhus i Rwanda upplevde studenten frustrationen över att inte kunna övervaka patienter under och efter kirurgiska ingrepp på grund av brist på utrustning. ”Sjukhuset hade många problem med patienter som väntade på operationer, eftersom de bara hade fem fungerande patientmonitorer för 400 bäddar”, säger Stevens. ”Jag kände att det här var en av de största problemen som sjukhuset stod inför och jag ville göra något åt det när jag kom hem.”
(Ovan: FreePulse patientmonitor)
Som svar på detta problem kom Stevens med FreePulse, en billig och lättanvänd medicinsk enhet med flera sonder för att mäta syrenivåer, hjärtrytm och blodtryck. ”Våra första prekliniska prövningar var i Nepal i vinter, och jag är mycket nöjd med resultaten”, säger Stevens. ”Målet är att vara redo för en fullständig klinisk prövning inom de kommande två åren, så det pågår en hel del produktutveckling nu baserat på de data vi fick när vi var i Nepal.”
Leksaker designade för hacking
Ett av de största problemen som vårdpersonal i utvecklingsländer möter är vad de ska göra när utrustning går sönder och det inte finns någon i närheten som kan fixa det. I den utvecklade världen löses detta enkelt med ett telefonsamtal till tekniska avdelningen. Men mitt ute i ingenstans kan vårdpersonal inte ha något annat val än att prova själva. Detta kan vara en skrämmande process.
För att stödja detta tillvägagångssätt utvecklar ett team på MIT de grundläggande verktygen för att uppmuntra ”medicinskt mixtrande” genom att använda leksaker. ”När vi använder leksaker avmystifierar det den medicinska teknikens process. Du kanske inte har modet att hacka en $1 000-enhet, men du har modet att hacka något som är $5, och med lite uppfinningsrikedom kan det bli lika kraftfullt som en $1 000-enhet”, sa Jose Gomez-Marquez i en intervju för Nästa lista.
(Ovan: DIY-verktyg från MIT Little Device Lab)
Laget har satt ihop en serie kit för att göra hackningsprocessen lite lättare. Satsen innehåller medicinska förnödenheter, såsom sprutor, nebulisatorer, inhalatorer och plåster, men det kommer också med något oväntade föremål, såsom fjädrar, kolvar, kompressorer, lutningssensorer, summer, timers och cykelpumpar. ”Vi gör delar så att vem som helst kan göra sin egen medicinska teknik”, säger Gomez-Marquez. Om dessa kit hjälper läkare att bli mer säkra på att bygga, modifiera eller reparera sina egna enheter, då känner teamet att det har gjort sitt jobb.
Naturligtvis kan provisoriska kit som dessa bara uppnå så mycket. Vad som är viktigt är att detta tillvägagångssätt för att reparera utrustning översätts till de hållbara enheter som dessa sjukhus behöver. Lyckligtvis finns det nu en levande och aktiv gemenskap av forskare, ingenjörer, läkare och hackare som arbetar med en mängd olika projekt, från en bärbar enhet för screening av ögonproblem till ett pålitligt sätt att desinficera öppna sår. Dessutom har vissa universitet, inklusive Stanford och MIT, såväl som EWH, insett behovet av att utbilda nästa generation bioingenjörer för att vara redo för de situationer som utvecklingsländerna står inför. Som EWH:s chef för studentprogrammen Ben Fleishman förklarade, lär volontärer som arbetar med den medicinska organisationen att reparera medicinsk utrustning och ”uppmuntras att bedöma behov på sjukhusen som bättre kan tillgodoses genom innovativ design”.
”Vi måste upphetsa den yngre generationen och få dem att tänka på akuta hälsoutmaningar”, avslutade Stanfords Bhamla. ”Det är väldigt viktigt att få människor att tänka out-of-the-box lösningar för de stora problemen i vårt samhälle.”
Bildkrediter: Stanford University, GE Healthcare, FreePulse, MIT Little Device Lab
