Nye nasopharyngeal vattpinner går over i menneskelige forsøk på COVID-19

Forskere ved Wyss Institute ved Harvard University, i samarbeid med helsevesenet, forskning, og industrielle partnere, har designet en ny, fullt injeksjonsstøpt nasopharyngeal vattpinne som kan produseres raskt og billig på høyt volum for å hjelpe til med å løse den landsomfattende og internasjonale mangelen på vattpinner for COVID-19 testing og forskning. Pinnene går inn i menneskelige forsøk ved SUNY Downstate Medical Center i New York og Translational Genomics arch Institute (TGen), en tilknyttet City of Hope i Arizona, som skal være ferdig innen utgangen av neste uke, og er i preklinisk evaluering ved seks ekstra sykehus. Data fra de to forsøkene vil bli brukt til å informere større forsøk med COVID-19 pasienter, og produsent av medisinsk utstyr i California, IPB, Inc. har jobbet døgnet rundt for å øke produksjonen av de nye vattpinnene til 200, 000 per dag innen 15. mai.

"Eksperter har nylig anslått at USA må mer enn tredoble antallet daglige COVID-19-tester for at landet kan åpnes trygt igjen i midten av mai, men de nåværende vattpinnene er kompliserte å lage, og produsenter har bare ikke muligheten til å øke produksjonen til det nivået på så kort tid, "sa Richard Novak, Ph.D., en senior personalingeniør ved Wyss Institute som har ledet den multiinstitusjonelle innsatsen for å utvikle en sprøytestøpt vattpinne, arbeider med Wyss Institutes grunnleggende direktør Donald Ingber, M.D., Ph.D. "Disse nye vattpinnene kan hjelpe til med å dekke det kritiske behovet for å samle prøver, både for å diagnostisere pasienter og for å studere selve viruset slik at behandlinger og vaksine kan bli funnet tidligere. "

Prosjektet begynte for en drøy måned siden da kliniker-forskere ved Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) kontaktet Ingber for å be om hjelp til å løse sykehusets vattpinne-mangel da COVID-19-pandemien blomstret. Ingber, Novak, og et team av Wyss-forskere sluttet seg til den tverrfaglige innsatsen, innså raskt at de ikke bare kunne designe en vattpinneerstatning, Wyss -instituttets unike posisjon i krysset mellom akademia og industri betydde at det kunne samle klinikere som trengte vattpinner, forskere som utviklet dem, og produsenter som raskt kunne produsere dem til lave kostnader, effektivisere prosessen for å få vattpinnene i hendene på leger og sykepleiere så raskt som mulig.

Wyss Institute -området på Longwood -campus er fysisk knyttet til Beth Israel Deaconess Medical Center, så det er fornuftig at de vil tenke på Wyss Institute som en innovasjonspartner med evnen til å løse denne typen åpne problemer. Vi var i ferd med å finne ut hvordan vi kunne flytte våre ansatte til å jobbe eksternt, samtidig som vi startet ny COVID-19-relatert forskningsinnsats ved instituttet; men mangelen på vattpinner er et så presserende problem at beslutningen om å hjelpe til med å løse det var en no-brainer. "

Donald Ingber, M.D., Ph.D., Wyss Institutes grunnleggende direktør, Judah Folkman professor i vaskulær biologi ved Harvard Medical School og Boston Children's Hospital, og professor i bioingeniør ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)

Design og lever en bedre vattpinne

Nasopharyngeal vattpinner som har blitt brukt på sykehus i mer enn 50 år består av to deler:et sprøytestøpt plasthåndtak og en absorberende spiss laget av et mykt materiale som bomull, polyester, eller flokket nylon. Hver vattpinne er produsert i en flertrinnsprosess, deretter satt sammen, sterilisert, og pakket, alt dette krever betydelig tid og utgifter. Som en del av den samlede innsatsen for å skape et mer strømlinjeformet alternativ, andre team har utnyttet 3D -utskrift for å møte denne utfordringen, som har ført til noen nyttige kortsiktige løsninger. Derimot, 3D -utskrift er for tiden kostbart og kan bare utføres i stor skala av et begrenset antall leverandører. Wyss -teamet satte seg for å lage et nytt design som kunne produseres ved hjelp av sprøytestøping i stedet for 3D -utskrift, fordi sprøytestøping er raskere, billigere, og brukes rutinemessig av et bredt spekter av erfarne produsenter av medisinsk utstyr over hele verden.

"Vi har i hovedsak måtte bygge et selskap for medisinsk utstyr fra bunnen av fordi vi prøver å lage et nytt produkt, vise at det fungerer, og sende den til kunder som trenger det raskt, og for å gjøre det, du må finne ut produksjonen, produksjon, emballasje, kvalitetskontroll, kliniske studier, etc., "sa Novak. I tillegg til Novak og Ingber, Wyss -teamet inkluderer medlemmer fra hele instituttet som har bidratt med sine mangfoldige ferdigheter for å ta opp ulike fasetter av prosjektet, inkludert Dave Perry, Ramsés Martínez, Isabel Chico-Calero, Adama Sesay, Pawan Jolly, og Jenny Tam.

I midten av mars, Ramy Arnaout, M.D., Ph.D. og James Kirby, M.D., som leder Clinical Microbiology Laboratory ved BIDMC, begynte å samarbeide med Wyss -teamet, som utviklet og testet nye vattpinner som de trykte i 3D og viste hverandre via videosamtaler og e -post, ettersom sosiale distanseringstiltak forhindret dem i å jobbe fysisk i samme rom. Over gjentatte forsøk, de bestemte seg til slutt på et design med en fleksibel, honning-dipper-lignende spiss som kan sprøytes. Wyss-teamet har nå sendt prototype sprøytestøpte vattpinner produsert av Proto Labs til åtte sykehus og helsesentre for preklinisk testing, der klinikere vurderer pinnenes ytelse på en rekke fronter, inkludert komfort og brukervennlighet, så vel som deres evne til å samle en stor nok prøve med påviselige mengder viralt RNA.

Denne uka, vattpinnene blir testet hos mennesker som vil motta en vanlig vattpinne i det ene neseboret og en prototype av den Wyss-designede vattpinnen i den andre. Hvis de nye vattpinnene kan samle en prøve som inneholder påviselig genetisk informasjon, samtidig som den er like lett å bruke og behagelig som de eksisterende vattpinnene, IPB vil øke produksjonen av det siste sprøytestøpte designet, som vil bli brukt i fremtidige kliniske studier og, teamet håper, blitt bredt vedtatt av det medisinske samfunnet for å teste pasienter for COVID-19.

"Hastigheten med alt dette skjer er utrolig - det er alltid en utfordring å effektivt designe et nytt produkt, selv innenfor en standard tidsramme, og pandemien har brakt utfordringer som må løses i løpet av uker, til og med dager, som har minnet oss på hvor godt vi kan tilpasse oss uventede situasjoner, "sa Martínez, en forskningsassistent som har jobbet med design og iterasjon av Wyss 'prototypepinner. "I tillegg til å møte det umiddelbare behovet for vattpinner, vi tror at denne nye designen kan ha vedvarende bruk utover pandemien fordi produksjonsprosessen er billigere og mer strømlinjeformet, gjøre det levedyktig i økonomier utenfor USA og forhåpentligvis forhindre at en slik mangel skjer i fremtiden. "

Langrennssamarbeid

Fra begynnelsen av prosjektet, teamet har forpliktet seg til å sikre at deres vattpinner er tilgjengelige for sykehus og forskningsanlegg rundt om i landet for å fremskynde testing, og er en del av Mass General Brigham Center for COVID Innovation som inkluderer medlemmer fra de fleste sykehusene i Boston -området. Senterets vattpinnegruppe møtes regelmessig via videokonferanse for å oppdatere hverandre om deres fremgang og behov, og har gjort sine design og prototyper fritt tilgjengelig gjennom GitHub. Gruppen legger også til rette for samtaler med produksjonspartnere for å koordinere produksjonen, emballasje, og levering av vattpinnene til sykehus og testsentre, inkludert lokale selskaper i Massachusetts og New Hampshire.

"Jeg har virkelig blitt imponert over hvor godt alle disse sykehusene og selskapene samarbeider med hverandre - det viser at de involverte virkelig investerer i å utvikle løsninger for å redde liv under denne krisen, på noen måte de kan, "sa Perry, en stabsingeniør ved Wyss Institute som jobber med emballerings- og steriliseringsløsninger for vattpinnene.

Å nå ut og lage forbindelser på tvers av miles og tidssoner er det som har gjort at denne ukens forsøk kan finne sted på SUNY Downstate i New York City og TGen's Pathogen and Microbiome Division, TGen Nord, i Arizona. TGen North Clinical Laboratory tester de nye Wyss-vattpinnene side om side mot eksisterende vattpinner på frivillige fra sine forskningslaboratorier, og behandler også COVID-19-tester for flere fylker og stammelasjoner i Nord-Arizona.

"Vi har lagt merke til at den største flaskehalsen hos klinikere som sender oss prøver for å teste, er at pinnene de bruker er mangelvare, og er restordret hos alle de store produsentene, "sa Tim McDaniel, Ph.D., Senior Vice President for Emerging Opportunities i TGen. "Å ha flere produsenter med evne til å produsere vattpinner i massiv skala vil være en stor fordel for medisinske grupper rundt om i landet, og vi er stolte over å hjelpe til med å evaluere Wyss -vattpinnene for å fremme denne innsatsen. "

På SUNY Downstate, vattpinnene brukes sammen med eksisterende vattpinner for å samle prøver fra helsepersonell i nødstilfeller, intensiven, og innlagte avdelinger som en del av en liten prøveversjon for å avgjøre om personer som er smittet med koronaviruset, men som ikke viser symptomer, fortsatt kan overføre viruset til andre. Sykehusets avdeling for patologi jobber også med Wyss Institute om planer for en større klinisk studie for å evaluere vattpinnens ytelse basert på data fra den pågående studien.

"En av sølvbekledningene til denne pandemien er at den virkelig har galvaniserte institusjoner for å nå ut til hverandre og jobbe med å løse felles problemer sammen, "sa Noriyuki Murakami, M.D., en klinisk assisterende professor i Downstates avdeling for medisin og en akademisk sykehusist som overvåker innbyggere ved University Hospital i Brooklyn. "Dette er første gang vi har samarbeidet med Wyss Institute, og det har vært en flott utvikling for SUNY Downstate - vi håper denne trenden fortsetter også med andre institusjoner. "

Ingber la til, "Løsningen på denne krisen vil komme fra svar fra forskere, ingeniører, og klinikere som jobber individuelt og i samarbeid rundt om i verden. Vi i Wyss Institute er stolte over å være en del av løsningen; det er nettopp derfor instituttet ble opprettet i utgangspunktet. "

• Studie med tvillinger viser at COVID-19-symptomer har genetisk bidrag
• Ny retningslinje gir bevisbaserte anbefalinger for klinisk behandling av EoE