発展途上国の命を救うローテク発明

特殊な診断機器を利用できない場合、どうやってマラリアの検査を行うのでしょうか?病院に必要な設備を用意できない場合、どうやって未熟児の世話をしますか?電力サージが予想される場合、外科手術中に患者をどのように監視しますか?悲しいことに、医療従事者が患者のケアに日々苦労している発展途上国では、このような質問が頻繁に起こります。

先進国の私たちにとって、病院での最新技術を期待するのは簡単です。しかし、世界中の何百万人もの人々にとって、これは当てはまりません。予算もリソースも限られているため、これらの分野で働く医師や看護師は、問題を解決するために安価なツールや材料を使用する方法を学ばなければなりません。これらは見た目が良くないかもしれませんが、場合によっては、これが唯一の解決策です。

紙より安いものはありません。スタンフォード大学のバイオエンジニアのチームは、壊れた機器に遭遇したり、まったく機器がなかったりすることが多かった世界中の現場訪問にインスピレーションを得て、紙片から作られた顕微鏡を作成しました。このデバイスは 1 ドル未満で 2,000 倍の倍率が得られます。重さは 10 g 未満で、ポケットに収まるほど小さく、そして重要なことに、動作するのに電気を必要としません。同じ文の中に光学と折り紙という言葉が含まれることはあまりありませんが、著者はそのようにしてその創作を説明しています。

しかし、チームは顕微鏡だけでは診断に十分ではないことにすぐに気づきました。一滴の血液の中に寄生虫がないか顕​​微鏡で調べることは、干し草の山から針を探すようなものです。チームメンバーのサード・バムラ氏は、「患者にマラリア陰性だと伝えるとき、そのサンプルには寄生虫が1匹も含まれていないと確信することが重要だ」と語った。

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（上：スタンフォード医学社の紙顕微鏡）

「ボタンや紐をくれた祖母と遊んだことを思い出しました。」

「他のツールが必要です。重要なツールは遠心分離機です。」と研究者は付け加えた。サラダスピナーから卵ビーター、ヨーヨーに至るまで、回転機構を備えたあらゆるものを数週間テストした後、ある晩、バムラさんは思い当たる瞬間を経験しました。 「祖母と一緒に遊んだことを思い出しました。祖母は私に（かざぐるまのおもちゃを作るための）ボタンとひもをくれました。これをハイスピードカメラに入れてみると、驚いたことに、約12,000rpmで回転していました。」

数か月にわたるプロトタイピングの後、彼らは最大 125,000rpm の速度が可能で、2 分未満で血液を分離できる安価な紙ベースの遠心分離機を作成しました。やるべきことはまだたくさんありますが、チームはこの新しいデバイスが基本的な診断キットの一部になることを望んでいます。 「電気のない遠隔地、文字通り木の下で診断を行いたい場合、必要なインフラストラクチャをすべてバックパックに詰める必要があります」とバムラ氏は述べています。

このようなシンプルな素材の場合、紙は非常に便利なツールであることが証明されています。パデュー大学のチームも、液体に対する耐性を持たせる方法を発見し、その多用途性を活用しています。この処理は基本的にフライパンのテフロンコーティングのような役割を果たし、紙が油や水で濡れることを防ぎます。バムラのかざぐるまと同様、このインスピレーションは、飲料水や電気が利用できない地域で診断ツールを使用する必要性から生まれました。 「紙はたまたま低コストで、製造が簡単で、軽量で、持ち運びが非常に簡単です」とチームリーダーのラムセス・マルティネス氏は語った。

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(上: Stanford Medicine のペーパー遠心分離機)

処理された紙の各シートには、特定の試薬が入ったチャンバーにつながる実質的に目に見えないチャネルも付いています。 「患者から血液を 1 滴だけ抽出し、紙の装置に接触させると、毛細管力を利用してマイクロチャネルに血液を自動的に分配できます」とマルティネス氏は説明しました。 「血液は、さまざまな生体分析物の定量的、比色的、または電気化学的測定を提供できる試薬が充填されたテストゾーンに到達します。」これまでのところ、チームはマラリアと結核を検査するための試薬を開発しており、現在はケニアの病院と協力して毒素、ウイルス、栄養欠乏症の追跡に取り組んでいる。

もちろん、紙は現場での診断には適しているかもしれませんが、病院にはより堅牢な技術が必要です。大型機器の場合、開発途上国に機器を持ち込む際の一般的なアプローチは、既存の機器から不要な機能を取り除き、安価で操作しやすくすることです。

ゼネラル・エレクトリック (GE) は、現在こうした倹約的なイノベーションの市場を開拓している多くの企業のうちの 1 つです。重要なのは、同社が停電や電圧変動、高温、汚染、激しい使用に対処する方法など、使用条件を考慮して新製品を開発していることだ。最も成功したデバイスの 1 つは、未熟児を室温に適応させるために使用されるララバイ ベビー ウォーマーであり、現在 60 か国以上で販売されています。紙のデバイスほど安くはないかもしれませんが、1 台あたり 3,000 ドルで、従来のモデルより 70% 安くなります。この装置には人命を救う大きな可能性があります。 1時間に500人の低体重で生まれた赤ちゃんが死亡していますが、そのほとんどは単に体を温めるだけで回避できます。低コスト_技術_3

（上：GEヘルスケアのララバイベビーウォーマー）

未熟児を助ける別の取り組みとして、テキサス州ライス大学のチームが新生児の呼吸を助ける低コストの装置を開発した。 「マラウイのブランタイアにあるクイーン・エリザベス中央病院で働く小児科医の協力者によって特定されたニーズに応えて、私たちはこれを開発しました」と生物工学の教授であるレベッカ・リチャーズ・コルタムは述べた。 「マラウイは早産率が最も高く、赤ちゃんの 18% が早産となっています。早産児の半数以上は肺が未熟なため、呼吸に苦労しています。」

著者らは、呼吸困難のある未熟児の生存率を最大70%高めることができると推測しています。

この装置は 200 ドル未満で構築できますが、先進国で使用されているものと同じ圧力レベルを実現できます。さらに、既製の部品のみを使用するため、メンテナンスが安価で簡単です。著者らは、この薬により呼吸困難のある未熟児の生存率を最大70%高めることができると推測しています。つまり、アフリカだけでも毎年ほぼ20万人の命を救える可能性があることを意味します。

このタイプのアプローチの 3 番目の例は、生物医学エンジニアの Reece Stevens が、低リソース環境向けの医療機器の設計と修理を専門とする組織である Engineering World Health (EWH) と協力しながら行った研究です。ルワンダの病院でボランティアとして働いた後、この学生は、機器の不足により手術中および手術後の患者を監視できないというフラストレーションを直接経験しました。 「この病院は、400 床のベッドに対して稼働している患者モニターが 5 台しかなかったため、手術を待つ患者について多くの問題を抱えていました」とスティーブンス氏は言います。 「これが病院が直面している最大の問題の一つだと感じたので、家に帰ってから何かしたいと思っていました。」

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(上: FreePulse 患者モニター)

この問題に対応して、スティーブンス氏は酸素レベル、心拍リズム、血圧を測定するための複数のプローブを備えた安価で使いやすい医療機器である FreePulse を考案しました。 「私たちの最初の前臨床試験はこの冬にネパールで行われましたが、その結果に非常に満足しています」とスティーブンス氏は語った。 「目標は、今後2年以内に完全な臨床試験の準備を整えることです。そのため、ネパール滞在中に得たデータに基づいて、多くの製品開発が現在進行中です。」

発展途上国の医療従事者が直面する主な問題の 1 つは、機器が故障し、それを修理する人が周囲にいない場合にどうすればよいかということです。先進国では、この問題は技術部門に電話するだけで簡単に解決されます。しかし、人里離れた環境では、医療従事者には自らやってみる以外に選択肢はないかもしれません。これは恐ろしいプロセスになる可能性があります。

このアプローチをサポートするために、MIT のチームは、おもちゃを使用して「医療いじり」を促進する基本ツールを開発しています。 「おもちゃを使うと、医療技術のプロセスがわかりやすくなります。 1,000 ドルのデバイスをハッキングする勇気はないかもしれませんが、5 ドルのデバイスをハッキングする勇気はあります。少しの工夫で、1,000 ドルのデバイスと同じくらい強力になることができます」とホセ・ゴメス・マルケス氏はインタビューで語った。次のリスト。低コスト_技術_4

(上: MIT Little Device Lab の DIY ツール)

チームは、ハッキングプロセスを少し簡単にする一連のキットをまとめました。キットには注射器、ネブライザー、吸入器、パッチなどの医療用品が含まれていますが、スプリング、プランジャー、コンプレッサー、傾斜センサー、ブザー、タイマー、自転車用ポンプなどのちょっと意外なアイテムも付属しています。 「私たちは誰もが独自の医療技術を作れるように部品を作っています」とゴメス＝マルケス氏は語った。これらのキットのおかげで、医師が自信を持って自分でデバイスを作成、改造、修理できるようになれば、チームはその役割を果たしたと感じています。

もちろん、このような間に合わせのキットでは達成できることには限界があります。重要なことは、機器を修理するこのアプローチが、病院が必要とする耐久性のある機器につながるということです。幸いなことに、現在、科学者、エンジニア、医師、ハッカーからなる活気に満ちた活発なコミュニティがあり、目の問題を検査するためのポータブルデバイスから開いた傷を消毒する信頼できる方法まで、さまざまなプロジェクトに取り組んでいます。さらに、スタンフォード大学やマサチューセッツ工科大学、EWH などの一部の大学は、発展途上国が直面する状況に備えて次世代の生物工学者を訓練する必要性を認識しています。 EWH の学生プログラム担当ディレクターのベン・フライシュマン氏が説明したように、医療機関と協力するボランティアは医療機器の修理方法を学び、「革新的な設計によってより適切に対応できる病院のニーズを評価するよう奨励されています」。

「私たちは若い世代を興奮させ、緊急の健康問題について考えさせる必要がある」とスタンフォード大学のバムラ氏は結論づけた。 「私たちの社会の大きな問題に対して、人々に独創的な解決策を考えさせることが非常に重要です。」

画像クレジット: スタンフォード大学、GE Healthcare、FreePulse、MIT Little Device Lab