Nuovi tamponi nasofaringei entrano nella sperimentazione umana per COVID-19

Ricercatori del Wyss Institute dell'Università di Harvard, in collaborazione con la sanità, ricerca, e partner industriali, hanno progettato un nuovo, tampone nasofaringeo completamente stampato a iniezione che può essere prodotto in modo rapido ed economico ad alto volume per aiutare a far fronte alla carenza nazionale e internazionale di tamponi per i test e la ricerca COVID-19. I tamponi stanno entrando in sperimentazione umana presso il SUNY Downstate Medical Center di New York e il Translational Genomics arch Institute (TGen), un affiliato di City of Hope in Arizona, che dovrebbe essere completato entro la fine della prossima settimana, e sono in valutazione preclinica presso altri sei ospedali. I dati dei due studi saranno utilizzati per informare studi più ampi con pazienti COVID-19, e il produttore di dispositivi medici con sede in California IPB, Inc. ha lavorato 24 ore su 24 per aumentare la produzione dei nuovi tamponi fino a raggiungere i 200, 000 al giorno entro il 15 maggio.

"Gli esperti hanno recentemente stimato che gli Stati Uniti devono più che triplicare il numero di test COVID-19 giornalieri affinché il paese possa essere riaperto in sicurezza entro metà maggio, ma gli attuali tamponi sono complicati da fare, e i produttori semplicemente non hanno la capacità di aumentare la produzione a quel livello in un periodo di tempo così breve, " ha detto Richard Novak, dottorato di ricerca, un Senior Staff Engineer presso il Wyss Institute che ha guidato lo sforzo multi-istituzionale per sviluppare un tampone completamente stampato a iniezione, lavorando con il direttore fondatore del Wyss Institute Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca "Questi nuovi tamponi possono aiutare a soddisfare l'esigenza critica di raccogliere campioni, sia per diagnosticare i pazienti che per studiare il virus stesso in modo che i trattamenti e un vaccino possano essere trovati prima".

Il progetto è iniziato poco più di un mese fa, quando i ricercatori clinici del Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) hanno contattato Ingber chiedendo aiuto per risolvere la carenza di tamponi dell'ospedale mentre la pandemia di COVID-19 stava sbocciando. Ingber, Novak, e un team di ricercatori Wyss si è unito allo sforzo multidisciplinare, rendendosi rapidamente conto che non solo potevano progettare una sostituzione del tampone, la posizione unica del Wyss Institute all'incrocio tra mondo accademico e industria significava che poteva riunire medici che avevano bisogno di tamponi, ricercatori che li stavano sviluppando, e produttori che potrebbero produrli rapidamente a basso costo, snellire l'iter per far arrivare i tamponi nelle mani di medici e infermieri nel minor tempo possibile.

Il sito del Wyss Institute nel campus di Longwood è fisicamente collegato al Beth Israel Deaconess Medical Center, quindi ha senso pensare al Wyss Institute come a un partner per l'innovazione con la capacità di risolvere questo tipo di problema aperto. Stavamo cercando di capire come spostare il nostro personale per lavorare in remoto e allo stesso tempo avviare nuovi sforzi di ricerca relativi al COVID-19 presso l'Istituto; ma la carenza di tamponi è un problema così pressante che la decisione di aiutare a risolverlo è stata un gioco da ragazzi".

Donald Ingber, M.D., dottorato di ricerca, Direttore fondatore del Wyss Institute, il Judah Folkman Professore di Biologia Vascolare presso la Harvard Medical School e il Boston Children's Hospital, e Professore di Bioingegneria presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)

Progettare e consegnare un tampone migliore

I tamponi nasofaringei utilizzati negli ospedali da più di 50 anni sono costituiti da due pezzi:un manico in plastica stampata ad iniezione e una punta assorbente in un materiale morbido come il cotone, poliestere, o nylon floccato. Ogni tampone è prodotto in un processo a più fasi, poi assemblato, sterilizzato, e confezionato, tutto ciò richiede tempo e denaro significativi. Come parte dello sforzo complessivo per creare un'alternativa più snella, altri team hanno sfruttato la stampa 3D per affrontare questa sfida, che ha portato ad alcune utili soluzioni a breve termine. Però, La stampa 3D è attualmente costosa e può essere eseguita su larga scala solo da un numero limitato di fornitori. Il team di Wyss ha deciso di creare un nuovo design che potesse essere prodotto utilizzando lo stampaggio a iniezione anziché la stampa 3D, perché lo stampaggio a iniezione è più veloce, meno caro, ed è abitualmente utilizzato da un'ampia gamma di produttori di dispositivi medici esperti in tutto il mondo.

"Sostanzialmente abbiamo dovuto costruire da zero un'azienda di dispositivi medici perché stiamo cercando di creare un nuovo prodotto, dimostrare che funziona, e spedirlo rapidamente ai clienti che ne hanno bisogno, e per farlo, devi capire la produzione, produzione, confezione, controllo di qualità, test clinici, eccetera., " disse Novak. Oltre a Novak e Ingber, il team Wyss comprende membri di tutto l'Istituto che hanno contribuito con le loro diverse competenze per affrontare i diversi aspetti del progetto, compreso Dave Perry, Ramses Martinez, Isabel Chico Calero, Adama Sesay, Pawan Jolly, e Jenny Tam.

A metà marzo, Ramy Arnaout, M.D., dottorato di ricerca e James Kirby, M.D., che guidano il Laboratorio di Microbiologia Clinica presso il BIDMC, ha iniziato a collaborare con il team Wyss, che hanno sviluppato e testato nuovi modelli di tamponi che hanno stampato in 3D e si sono mostrati l'un l'altro tramite videochiamate ed e-mail, poiché le misure di distanziamento sociale hanno impedito loro di lavorare fisicamente nello stesso spazio. Nel corso di prove ripetute, alla fine hanno optato per un design flessibile, punta simile a un mestolo di miele che potrebbe essere stampata a iniezione. Il team Wyss ha ora inviato prototipi di tamponi stampati a iniezione prodotti da Proto Labs a otto ospedali e centri sanitari per i test preclinici, in cui i medici stanno valutando le prestazioni dei tamponi su una varietà di fronti tra cui il loro comfort e facilità d'uso, così come la loro capacità di raccogliere un campione sufficientemente grande con quantità rilevabili di RNA virale.

Questa settimana, i tamponi vengono testati su soggetti umani che riceveranno un normale tampone in una narice e un prototipo del tampone progettato da Wyss nell'altra. Se i nuovi tamponi possono raccogliere un campione che contiene informazioni genetiche rilevabili pur essendo facili da usare e comodi come i tamponi esistenti, IPB aumenterà la produzione del design finale stampato a iniezione, che sarà utilizzato in futuri studi clinici e, la squadra spera essere ampiamente adottato dalla comunità medica nei test sui pazienti per COVID-19.

"La velocità con cui tutto questo sta accadendo è incredibile:è sempre una sfida progettare in modo efficiente un nuovo prodotto anche entro un lasso di tempo standard, e la pandemia ha portato sfide che devono essere risolte in settimane, anche giorni, che ci ha ricordato come possiamo adattarci a situazioni impreviste, " disse Martinez, un assistente di ricerca che ha lavorato alla progettazione e all'iterazione dei tamponi prototipo di Wyss. "Oltre a far fronte alla necessità immediata di tamponi, pensiamo che questo nuovo design possa avere un uso prolungato oltre la pandemia perché il suo processo di produzione è più economico e più snello, rendendolo praticabile nelle economie al di fuori degli Stati Uniti e, si spera, impedendo che tale carenza si verifichi in futuro".

Collaborazioni cross country

Dall'inizio del progetto, il team si è impegnato a garantire che i loro tamponi siano accessibili agli ospedali e alle strutture di ricerca in tutto il paese per accelerare i test, e fanno parte del Mass General Brigham Center for COVID Innovation che include membri della maggior parte degli ospedali nell'area metropolitana di Boston. Il gruppo di lavoro sui tamponi del Centro si riunisce regolarmente in videoconferenza per aggiornarsi reciprocamente sui progressi e sulle esigenze, e ha reso i loro progetti e prototipi disponibili gratuitamente tramite GitHub. Il gruppo facilita anche i colloqui con i partner di produzione per coordinare la produzione, confezione, e consegna dei tamponi a ospedali e centri di analisi, comprese le aziende locali nel Massachusetts e nel New Hampshire.

"Sono rimasto davvero colpito dalla collaborazione di tutti questi ospedali e aziende che lavorano tra loro:dimostra che le persone coinvolte sono sinceramente investite nello sviluppo di soluzioni per salvare vite umane durante questa crisi, in ogni modo possibile, " disse Perry, uno Staff Engineer presso il Wyss Institute che sta lavorando a soluzioni di confezionamento e sterilizzazione per i tamponi.

Raggiungere e stabilire connessioni attraverso miglia e fusi orari è ciò che ha permesso che le prove di questa settimana si svolgessero presso il SUNY Downstate di New York City e la divisione patogeni e microbiomi di TGen, TGen Nord, nell'Arizona. Il TGen North Clinical Laboratory sta testando i nuovi tamponi Wyss fianco a fianco con i tamponi esistenti su volontari dei suoi laboratori di ricerca, e sta anche elaborando i test COVID-19 per diverse contee e nazioni tribali nel nord dell'Arizona.

"Abbiamo notato che il più grande collo di bottiglia nei medici che ci inviano campioni da testare è che i tamponi che usano sono scarsi, e sono in arretrato presso tutti i principali produttori, " ha detto Tim McDaniel, dottorato di ricerca, il vicepresidente senior delle opportunità emergenti di TGen. "Avere ulteriori produttori con la capacità di produrre tamponi su vasta scala sarà un enorme vantaggio per i gruppi medici in tutto il paese, e siamo orgogliosi di aiutare a valutare i tamponi Wyss per promuovere questo sforzo".

Al SUNY Downstate, i tamponi vengono utilizzati insieme ai tamponi esistenti per raccogliere campioni dagli operatori sanitari nell'emergenza, terapia intensiva, e reparti ospedalieri come parte di un piccolo studio per determinare se le persone infette dal coronavirus ma che non mostrano sintomi possono ancora trasmettere il virus ad altri. Il Dipartimento di Patologia dell'ospedale sta anche lavorando con il Wyss Institute sui piani per uno studio clinico più ampio per valutare le prestazioni dei tamponi sulla base dei dati dello studio in corso.

"Uno dei lati positivi di questa pandemia è che ha davvero galvanizzato le istituzioni per raggiungersi e lavorare insieme per risolvere problemi condivisi, " ha detto Noriyuki Murakami, M.D., un Clinical Assistant Professor nel Dipartimento di Medicina del Downstate e un hospitalist accademico che supervisiona i residenti presso l'University Hospital di Brooklyn. "Questa è la prima volta che collaboriamo con il Wyss Institute, ed è stato un grande sviluppo per SUNY Downstate - speriamo che questa tendenza continui anche con altre istituzioni".

Ingber ha aggiunto, "la soluzione a questa crisi verrà dalle risposte degli scienziati, ingegneri, e medici che lavorano individualmente e in collaborazione in tutto il mondo. Noi del Wyss Institute siamo orgogliosi di essere parte della soluzione; proprio per questo è stato creato in primo luogo l'Istituto».

• Lo studio con i gemelli mostra che i sintomi di COVID-19 hanno un contributo genetico
• La nuova linea guida fornisce raccomandazioni basate sull'evidenza per la gestione clinica di EoE