Træningsintolerance eller manglende evne til fysisk at udøve sig uden at opleve åndenød eller ekstrem træthed er ikke ualmindeligt. For mennesker med en tilstand kan enkle opgaver som købmand eller gå op ad trapper være uoverkommelige. Disse samme symptomer karakteriserer mange sygdomme, herunder hjertesvigt lungebetændelse og astma, og at finde årsagen til tider kommer til en detaljeret, dyre undersøgelse kaldet en hjerte-lungetræningstest (CPET).
Normalt involverer CPET træning til udmattelse på en løbebånd eller stationær cykel, mens du bærer en invasiv maske, en næseklemme og et elektrokardiogram. Læger ser på virkningen af patientens lunger, muskler og hjerte og prøver at drille, hvor problemet kommer fra. Selv da testen, der koster tusinder af dollars og kræver, at et team af mennesker stiller op, kan være entydig og skal gentages for at lære, om behandling eller recept fungerer.
En bedre CPET var den udfordring, som massegeneral-kardiolog Maulik Majmudar bragte til studerende i MITs designklasse til medicinsk udstyr sidste efterår. I klassen, der har set omkring 50 studerende om året, siden den begyndte i 2004 som en mere praktisk tilgang til en forudgående eksisterende enhedsklasse, præsenterer medicinske fagfolk et problem, de har stødt på i praksis. Kandidatstuderende og nogle studerende på lavere niveau samles i grupper på tre-til-fem teammedlemmer, modtager et budget, der delvist kommer fra branchedonorer, og har til opgave at komme med en løsning.
”Medicinsk udstyrsindustrien er i sin utrolige konservatisme faktisk ikke særlig åben for innovation. Det meste af innovationen sker i startups, ”siger Nevan Hanumara, forsker ved MIT og en af kursets instruktører med grundlægger Alexander Slocum. ”Det, jeg synes er lidt unikt ved, hvad vi gør, er produktiviteten i at generere nye ideer, som vi faktisk har formået at have i et uddannelsesformat.”
Professor Alex Slocum (til højre) arbejder med studerende Alban Cobi og Steven Link, der udvikler et justerbart fantom til radioterapivalidering. (John Freidah) To studerende i elektroteknik, Alexander Mok og Andreea Martin, gik sammen med to maskiningeniører og en integreret design- og ledelsesstuderende og indledte en streng proces med forskning, design og iteration for at udvikle en mere effektiv og omkostningseffektiv test. Mok og Martins gruppe kom med en bærbar sundhedsmonitor, der kan måle hjerterytmen og mængden af gas, der indåndes i et åndedrag. Enheden evaluerer interaktion mellem patientens hjerte og lunger hele dagen. ”Det, vi forsøger at finde, er mere langsigtede data i en meget mindre skala af fysisk aktivitet, ” siger Martin.
Designet kom ikke fra tynd luft. Majmudar vejledte dem, mødes ugentligt, introducerede dem for klinikere, der arbejder i marken, og hjalp dem med at oprette test med frivillige. Konceptet stammer fra ideen om at bruge moderne, miniaturiseret elektronik og sensorer i en bærbar pakke, så læger kunne læse data over en tidsperiode i en patients liv, ikke kun isolerede laboratorieundersøgelser. I slutningen af sidste semester tog Mok på deres første prototype, der omfatter sensorer i en skjorte, og gjorde flere CPET'er for at sammenligne.
Mekanikstuderende Elizabeth Mittman, Alban Cobi og Luke Gray arbejder med Piotr Zygmanski (til højre) på Brigham og Women's Hospital. (John Freidah) Selvom de fleste projekter fra klassen slutter med klassen, fortsætter nogle - som Mok og Martins - ind i et andet semester, hvor de polerer deres opfindelser og udvikler dem som produkter og endda videre, som startups eller licenseret teknologi. Lejlighedsvis betyder det patentering, hvorfor Mok og Martin afviste at dele detaljerne om deres teknik. Af de fem medlemmer af deres team var det kun Mok og Martin, der fortsatte med projektet. De arbejder i øjeblikket med at sammenligne deres resultater med traditionelle CPET'er - Moks test med gruppens enhed lignede nok hans CPET til at vise løfte - og opbygge en anden prototype, der forbedrer formfaktoren. De vil også undersøge den lovgivningsmæssige vej, udføre markedsundersøgelser og begynde forretningsudvikling.
Tidligere havde en læge, der behandlede patienter med lav testosteron, brug for et system til engangsbrug, så patienter kunne anvende deres eget. Ingeniørstuderende lærte nok farmakologi til at opfinde en ny sprøjte, der holder de forskellige komponenter i behandlingen adskilt, indtil den bruges, og arbejder nu sammen med engleinvestorer og branchepartnere for at starte enheden. Før det studerede, der byggede en skjorte, der måler søvnforstyrrelser drejet til spædbørnsovervågning og blev integreret i 2011 som Rest Devices, Inc. Nu tilgængelig, sporer onesie-monitoren, kaldet Mimo, søvn, position, vejrtrækning og hudtemperatur, og sender det via en telefon-app.
Tidligere lærte ingeniørstuderende farmakologi nok til at opfinde en ny sprøjte, der holder de forskellige komponenter i behandlingen adskilt, indtil den bruges. (Recon Therapeutics) Hanumaras klasse, selvom den er bygget på et samfund, der involverer instruktører, TA'er og især klinikere, er ikke alene; medicinske prototypercentre er blevet spredt ved universiteter rundt om i landet og verden fra undergrad til postdoktorale programmer. Duke, University of Minnesota, Johns Hopkins, Georgia Tech og mere end hundrede flere udgør Biomedicinsk Engineering, Innovation, Design og Entrepreneurship Alliance, der mødes for at dele ressourcer og oplevelser mellem programmerne. En af de ældste, Stanford Biodesign, blev grundlagt i 2001 af Paul Yock, en Stanford-professor i medicin og bioingeniør, der forsøgte at formalisere den type hands-on, mentoruddannelse, han fik fra de erfarne iværksættere, der hjalp ham med at starte et firma med at udføre hjerte-kar udstyr og licens til en over-the-wire ballon angioplastik opfindelse under hans uddannelse i Stanford, årtier tidligere.
Stanford Biodesign tilbyder også kandidat- og bachelorundervisning, men dets primære fokus er et fuldtidsprogram med to semesters stipendiatype, som Yock kalder en "efterbehandlingsskole for opfindere af sundhedsteknologier." Studerende tilbringer to måneder i klinisk nedsænkning, hvor de skal finde 200 "behov", som de filtrerer ned til et baseret på, hvor vigtige de er, hvor solvable, hvor omsættelige og endda om eksisterende intellektuel ejendom og FDA-stier er gennemførlige.
”Hele mantraet i vores program er, at et godt karakteriseret behov er DNA'et for en god opfindelse, ” siger Yock. Studerende ”får en førstehånds observationside om, hvad der kan forbedres.” Cirka 200 studerende har afsluttet studiet, og omkring halvdelen er gået igang med startups. I den måske hidtil største succeshistorie grundlagde alumnus Uday Kumar iRhythm, et digitalt sundhedsvæsenfirma, der laver en smart hjerteovervågningspatch, der sender data direkte til læger og er blevet branchestandarden. Andre landede på eksisterende virksomheder eller startede endda lignende programmer på andre universiteter.
Ifølge både Hanumara og Yock er åbning af innovation særlig vigtig i det nuværende medicinske system, som skal finde måder at give bedre pleje på et budget.
”I sidste ende, når du underviser, er det bedste, mest spændende produkt, du kan komme med, mennesker, der har succes med deres erhverv, ” siger Hanumara.
