Innovative løsninger til irriterende sundhedsmæssige problemer i udviklingslandene klækkes ud med overraskende regelmæssighed i et laboratorium ved Houstons Rice University.
Det er her, Rebecca Richards-Kortum, professor i bioingeniørvirksomhed, har brugt 12 år på at lede hold af studerende, læger, videnskabsfolk og sundhedsarbejdere her og rundt omkring i verden sammen med sin kollega Maria Oden for at komme med lave omkostningseffektive teknologier for lande, der er fattige med ressourcer.
At opnå umulige mål, mens man jonglerer med flere ansvarsområder, er en del af Richards-Kortums DNA.
Udover undervisning og laboratoriearbejde foretager hun hyppige forskningsrelaterede ture til udlandet. Den 53-årige mor til seks - inklusive to piger, som hun og hendes mand adopterede fra Etiopien - er også en dedikeret maratonløber. Med varme nysgerrige øjne og en beroligende stemme er det ikke overraskende, at det at være mor har haft en afgørende indflydelse på de problemer, hun påtager sig. For eksempel havde hun samarbejdet med Elizabeth Molyneux, en børnelæge og professor i Malawi, i årevis. Omkring 2009 fortalte Molyneux hende, at mange babyer i Malawi er født for tidligt, og halvdelen af dem havde problemer med at trække vejret.
På verdensplan er luftvejsinfektioner en førende dødsårsag hos børn under fem år. I Malawi - et land bundet i det sydlige Afrika lidt mindre end Pennsylvania - var overlevelsesgraden for præfædebarn med åndedrætsbesvær kun ca. 25 procent.
Amerikanske babyer født med åndedrætsproblemer kan behandles med en behandling, der er tilgængelig siden 1970'erne, kaldet boble Continuous Positive Airway Pressure (bCPAP). En strøm af trykluft, der leveres til spædbarnets luftsække holder dem åbne. Prisen for terapien starter omkring $ 6.000 - langt uden for rækkevidden af de fleste hospitaler i skrøbelige samfund.
Richards-Kortum tildelte sine senior bioingeniørstuderende opgaven at skabe et bCPAP-system, der var overkommeligt og kunne arbejde i barske miljøer. I 2010 kom de på en prototype kaldet Pumani CPAP-enheden for $ 150. De har ansøgt om et patent på enheden. Den brugte fiskakvariepumper, der blev købt i en lokal dyrebutik, til at levere det samme pres og flow som dets dyrere modstykke på Texas Children's Hospital.
Efter en klinisk evaluering sprang overlevelsesfrekvensen for Malawi-babyer med åndedrætsbesvær fra 24 procent til 65 procent. En opdateret model, der sælges for omkring $ 800, fås fra 3rd Stone Design, et San Rafael, Californien-baseret firma.
"Det bruges i over 30 lande, inklusive enhver regering, central- og distriktshospital i Malawi, hvor det oprindeligt begyndte, " siger Richards-Kortum. "Vi valgte navnet Pumani, fordi det betyder 'ånde roligt' på det lokale sprog."
Richards-Kortum er grundlæggeren og direktøren for Rice 360 ° Institute for Global Health og medskaberen med Oden af dets bachelorplan, Beyond Traditional Borders. Ud over kurser, der inkluderer ingeniørarbejde, sociologi og økonomi, skærer de studerende deres tænder i design i løbet af et otte ugers introduktionsprojekt, inden de går videre til semester- og årelange designudfordringer.
I slutningen af semesteret kan de ansøge om sommerpraktikpladser på det sted, der har afgivet designudfordringen og få kritik om deres tidlige design fra arbejdere på jorden. Mange studerende vender hjem for at fortsætte deres studier og perfektionere et design, der er egnet til klinisk brug, såsom Pumani CPAP-enheden. Denne forskning har produceret snesevis af patenter og har ført til arbejdsforhold med hospitaler i Rwanda, El Salvador, Brasilien, Botswana, Kina og andre steder.
Tag gulsot, en sygdom, der giver gulfarvning af huden. Det opstår, når bilirubin, et rødbrunt stof, der kommer fra nedbrydningen af røde blodlegemer, opbygges i kroppen. Mange spædbørn, især for tidlige nyfødte, er modtagelige. Hvis ubehandlet efterlades, kan opbygning af bilirubin føre til en form for hjerneskade kaldet kernicterus og endda død. Læger kan behandle gulsot med et af de mange billige LED-enheder, der er tilgængelige i Malawi.
Men ifølge Richards-Kortum er det virkelige problem at diagnosticere nyfødt gulsot i første omgang, "især hos mørkere hudbørn, hvor det bliver sværere at forstå gulningen af huden." Den aktuelle diagnostiske teknologi er normalt afhængig af centrifuger eller spektrofotometre, der var for dyre for mange hospitaler i udviklingslandene.
I 2014 kom Richards-Kortums team med en diagnoseenhed for gulsot kaldet BiliSpec, en batteridrevet læser med tre LED'er og en fotodiode, der kan bestemme mængden af bilirubin i systemet. Hospitalets klinikere kan tage en dråbe af babyens blod og anvende det på et engangs papir, der adskiller plasmaet.
Når strimlen er indsat i læseren, kan lægerne få en klar måling af det gulsot-forårsagende molekyle på cirka et minut. Enheden, som koster mindre end $ 100 at fremstille, blev testet i en klinisk evaluering af omkring 70 babyer i Malawi og opnåede amerikanske præstationsstandarder. I august blev Richards-Kortum tildelt midler til at gennemføre store kliniske forsøg og lægge grunden til fremstillingen af BiliSpec i Malawi.
Nogle gange kan et gennembrud på et område også forbedre livet i andre dele af et hospital. Tilfælde: en sprøjtepumpe udviklet til Queen Elizabeth Central Hospital i Malawi.
Da babyer har et meget lille blodvolumen, skal enhver intravenøs medicin leveres med en nøjagtig hastighed. Spændingspikene og strømafbrydelserne på hospitaler i Malawi gjorde deres tilgængelige enheder upraktiske og ineffektive.
Richards-Kortum og hendes studerende kom med en lavpris ($ 500) pumpe, der kører på en batteriopladning og er god i over 60 timer, selvom strømmen slukker. En konstant kraftfjeder - svarende til den slags, der findes i en elektrisk garageportåbner - leverer den nødvendige energi til, at stemplet fungerer.
Men sprøjtepumpen hjalp også vordende mødre.
Kvinder, der har højt blodtryk under graviditet, en tilstand kaldet præeklampsi, behandles normalt med injektioner af magnesiumsulfat.
"Hvis du ikke har en sprøjtepumpe til rådighed, skal du få dette stof injiceret intramuskulært, " siger Richards-Kortum. "Det er ekstremt smertefuldt. Så vi bruger den samme sprøjtepumpe til at levere magnesiumsulfat i fødeafdelingen."
Ikke kun kontrollerer det injektionshastigheden nøjagtigt for at gøre medicinen mere effektiv, men det er meget mere behageligt for mødrene.
"Jeg troede, at folk måske var mere uvillige til at omfavne nye teknologier, men faktisk har det været 100 procent modsat af det, " siger Richards-Kortum. "De er helt ægte partnere i forsøget på at komme videre."
Så livsændrende som disse opfindelser er, kan Richards-Kortums mest varige bidrag muligvis være i uddannelse af fremtidige problemløsere og innovatører - en forskel, der blev nævnt, da hun blev udnævnt til en MacArthur Foundation-stipendiat i 2016 og modtog et $ geni-stipendium på $ 625.000.
"Der er meget magt i at have 18- og 19- og 20-årige, der er på toppen af deres kreativitet, og som ikke har fået at vide, at du ikke kan gøre det på den måde, " siger Richards-Kortum. "Det er sjovt at se på."
Robert Lerose er en forfatter med base i New York. Hans arbejde er vist i The Christian Science Monitor, Newsday, The Costco Connection, Hemispheres og andre publikationer.
