Übungsintoleranz oder die Unfähigkeit, sich körperlich zu betätigen, ohne Atemnot oder extreme Müdigkeit zu verspüren, sind keine Seltenheit. Für Menschen mit dieser Krankheit können einfache Aufgaben wie Einkaufen oder Treppensteigen unerschwinglich sein. Dieselben Symptome sind typisch für viele Krankheiten, einschließlich Herzinsuffizienz, Lungenentzündung und Asthma, und das Auffinden der Ursache führt manchmal zu einer aufwändigen, teuren Untersuchung, die als kardiopulmonaler Belastungstest (CPET) bezeichnet wird.
Normalerweise trainiert der CPET bis zur Erschöpfung auf einem Laufband oder einem stationären Fahrrad, während er eine invasive Maske, eine Nasenklammer und ein Elektrokardiogramm trägt. Ärzte untersuchen die Wirkung von Lunge, Muskeln und Herz des Patienten und versuchen herauszufinden, woher das Problem kommt. Selbst dann kann der Test, der Tausende von Dollar kostet und dessen Einrichtung ein Team von Mitarbeitern erfordert, nicht schlüssig sein und muss wiederholt werden, um zu erfahren, ob die Behandlung oder die Verschreibungen funktionieren.
Ein besserer CPET war die Herausforderung, die der Kardiologe Maulik Majmudar im vergangenen Herbst den Studenten der Designklasse für medizinische Geräte des MIT stellte. In der Klasse, in der seit Beginn des Studiums im Jahr 2004 etwa 50 Schüler pro Jahr anwesend waren, stellen Mediziner ein Problem dar, auf das sie in der Praxis gestoßen sind. Hochschulabsolventen und einige Senioren arbeiten in Gruppen von drei bis fünf Teammitgliedern zusammen, erhalten ein Budget, das zum Teil von Geldgebern aus der Industrie bereitgestellt wird, und sind mit der Ausarbeitung einer Lösung beauftragt.
„Die Medizintechnikbranche ist in ihrem unglaublichen Konservativismus für Innovationen eigentlich nicht sehr offen. Der größte Teil der Innovation findet in den Start-ups statt “, sagt Nevan Hanumara, Forscher am MIT und einer der Kursleiter bei Gründer Alexander Slocum. "Was ich für ein bisschen einzigartig halte, ist die Produktivität bei der Generierung neuer Ideen, die wir tatsächlich in einem pädagogischen Format erhalten haben."
Professor Alex Slocum (rechts) arbeitet mit den Studenten Alban Cobi und Steven Link zusammen, die ein anpassbares Phantom für die Validierung der Strahlentherapie entwickeln. (John Freidah) Die beiden Studenten der Elektrotechnik, Alexander Mok und Andreea Martin, schlossen sich mit zwei Maschinenbauingenieuren und einem Studenten für integriertes Design und Management zusammen und begannen einen strengen Prozess der Forschung, des Designs und der Iteration, um einen effektiveren und kostengünstigeren Test zu entwickeln. Die Gruppe von Mok und Martin entwickelte einen tragbaren Gesundheitsmonitor, mit dem die Herzfrequenz und die in einem Atemzug eingeatmete Gasmenge gemessen werden können. Das Gerät wertet das Zusammenspiel von Herz und Lunge des Patienten über den Tag hinweg aus. "Wir versuchen, mehr Langzeitdaten in einem viel kleineren Umfang an körperlicher Aktivität zu finden", sagt Martin.
Das Design kam nicht aus dem Nichts. Majmudar betreute sie, traf sich wöchentlich, stellte sie den vor Ort tätigen Klinikern vor und half ihnen, Tests mit Freiwilligen einzurichten. Das Konzept entstand mit der Idee, moderne, miniaturisierte Elektronik und Sensoren in einem tragbaren Paket zu verwenden, damit Ärzte Daten über einen bestimmten Zeitraum im Leben eines Patienten lesen können und nicht nur einzelne Labortests. Ende des letzten Semesters legte Mok seinen ersten Prototyp an, der die Sensoren in einem Hemd umfasst, und führte mehrere CPETs zum Vergleich durch.
Die Maschinenbaustudenten Elizabeth Mittman, Alban Cobi und Luke Gray arbeiten bei Piotr Zygmanski (rechts) im Brigham and Women's Hospital. (John Freidah) Obwohl die meisten Projekte aus der Klasse mit der Klasse enden, fahren einige - wie Mok und Martin - in ein zweites Semester fort, wo sie ihre Erfindungen polieren und sie als Produkte und sogar darüber hinaus als Startups oder lizenzierte Technologie entwickeln. Gelegentlich bedeutet dies eine Patentierung, weshalb Mok und Martin sich weigerten, die Details ihrer Technologie zu teilen. Von den fünf Mitgliedern ihres Teams setzten nur Mok und Martin das Projekt fort. Sie arbeiten derzeit daran, ihre Ergebnisse mit traditionellen CPETs zu vergleichen - Moks Test mit dem Gerät der Gruppe war so ähnlich wie sein CPET, dass es vielversprechend war - und einen zweiten Prototyp zu bauen, der den Formfaktor verbessert. Sie werden auch den regulatorischen Weg untersuchen, Marktforschung betreiben und mit der Geschäftsentwicklung beginnen.
In der Vergangenheit benötigte ein Arzt, der Patienten mit niedrigem Testosteronspiegel behandelte, ein Einwegsystem, damit die Patienten ihre eigenen anwenden konnten. Die Ingenieurstudenten lernten genug Pharmakologie, um eine neue Spritze zu erfinden, die die verschiedenen Komponenten der Behandlung bis zu ihrer Verwendung voneinander trennt, und arbeiten jetzt mit Angel-Investoren und Industriepartnern an der Einführung des Geräts. Zuvor bauten Studenten ein Hemd, das Schlafstörungen misst. Dieses wurde von Säuglingsüberwachungsgeräten übernommen und 2011 als Rest Devices, Inc. eingeführt. Der jetzt erhältliche Onesie-Monitor namens Mimo zeichnet Schlaf, Position, Atmung und Hauttemperatur auf überträgt es über eine Telefon-App.
In der Vergangenheit haben Ingenieurstudenten genug Pharmakologie gelernt, um eine neue Spritze zu erfinden, die die verschiedenen Komponenten der Behandlung bis zu ihrer Verwendung voneinander trennt. (Aufklärungstherapeutika) Hanumaras Klasse ist nicht allein, obwohl sie auf einer Community aufgebaut ist, in der Ausbilder, TAs und insbesondere Kliniker mitarbeiten. Medizinische Prototyping-Zentren haben an Universitäten im ganzen Land und auf der ganzen Welt zugenommen, angefangen bei Bachelor- bis hin zu Postdoktorandenprogrammen. Duke, die University of Minnesota, Johns Hopkins, Georgia Tech und mehr als hundert weitere bilden die Allianz für Biomedizintechnik, Innovation, Design und Unternehmertum, die sich trifft, um Ressourcen und Erfahrungen unter den Programmen auszutauschen. Einer der ältesten, Stanford Biodesign, wurde 2001 von Paul Yock, einem Stanford-Professor für Medizin und Bioingenieurwesen, gegründet. Er versuchte, die Art der praktischen, betreuten Ausbildung zu formalisieren, die er von erfahrenen Unternehmern erhielt, die ihm bei der Gründung eines kardiovaskulären Unternehmens halfen Geräte und Lizenz einer Over-the-Wire-Ballon-Angioplastie Erfindung während seiner Ausbildung in Stanford, Jahrzehnte zuvor.
Stanford Biodesign bietet auch Kurse für Hochschulabsolventen und Studenten an. Sein Hauptaugenmerk liegt jedoch auf einem Vollzeit-Stipendienprogramm für zwei Semester, das Yock als „Abschlussschule für Erfinder von Gesundheitstechnologien“ bezeichnet. Die Studenten verbringen zwei Monate in der klinischen Immersion, in die sie sich vertiefen Es müssen 200 „Bedürfnisse“ ermittelt werden, die auf der Grundlage ihrer Wichtigkeit, Lösbarkeit und Marktfähigkeit sowie der Realisierbarkeit des vorhandenen geistigen Eigentums und der FDA-Verfahren auf einen eingegrenzt werden.
"Das ganze Mantra unseres Programms ist, dass ein gut charakterisiertes Bedürfnis die DNA einer guten Erfindung ist", sagt Yock. Die Schüler erhalten aus erster Hand eine Beobachtungsidee, was verbessert werden kann. Rund 200 Schüler haben das Programm abgeschlossen, und etwa die Hälfte ist Gründern beigetreten. In der vielleicht bislang größten Erfolgsgeschichte gründete Alumnus Uday Kumar iRhythm, ein digitales Gesundheitsunternehmen, das einen intelligenten Patch zur Herzüberwachung erstellt, der Daten direkt an Ärzte sendet und zum Branchenstandard geworden ist. Andere landeten bei bestehenden Unternehmen oder starteten ähnliche Programme an anderen Universitäten.
Sowohl Hanumara als auch Yock zufolge ist die Erschließung von Innovationen im gegenwärtigen medizinischen System besonders wichtig, das nach Wegen suchen muss, um eine bessere Versorgung mit geringem Budget zu gewährleisten.
„Am Ende, wenn Sie unterrichten, ist das beste und aufregendste Produkt, das Sie entwickeln können, Menschen, die in ihren Berufen erfolgreich sind“, sagt Hanumara.
