eRapport

Artificial Pancreas Trondheim: Position 1 (Mathematical Modeling and Analysis)

Prosjekt
Prosjektnummer
46075400
Ansvarlig person
Anders Fougner
Institusjon
NTNU, IE-fak.
Prosjektkategori
Postdoc-stipend 2014
Helsekategori
Metabolic and Endocrine
Forskningsaktivitet
5. Treatment Developement, 7. Disease Management
Rapporter
2017 - sluttrapport
Det overordnede prosjektet i forskningsgruppa (Artificial Pancreas Trondheim, APT) omhandler utprøving av kombinert intraperitoneal insulininfusjon og glukosemåling. Det langsiktige målet for APT er robust, automatisk glukoseregulering hos diabetikere og intensivpasienter. Akkurat denne postdokstillingen har omhandlet matematisk modellering, simuleringer og dyreforsøk (for utprøving av glukosesensorer). Stipendet har blitt strukket ut i tid pga. 17 uker foreldrepermisjon. I tillegg har jeg fungert som sekretær/koordinator for forskningsgruppen og som biveileder for flere stipendiater i gruppen og en del masterstudenter ved Institutt for teknisk kybernetikk. Dette har blant annet resultert i: - Forskningsgruppa har blitt langt større. I oktober 2015 fikk vi endelig gjennomslag på en stor søknad (24.7 mill NOK) hos Norges Forskningsråd, gjennom opprettelsen av Nasjonalt Senter for Digitalt Liv. Det finansierer 6–7 stillinger samt noe driftsmidler over fem år (2016-2020). I løpet av 2016 var jeg med på å ansette 3 Ph.d.-stipendiater, 1 postdoktor, 1 forsker og 1 avdelingsingeniør i forskningsgruppa vår. I 2017 ble ytterligere en Ph.d.-stipendiat ansatt. - I løpet av 2016 og 2017 har vi sendt inn fire DOFI-er (disclosures of inventions) til NTNU TTO. Vi ser det som veldig sannsynlig at vi vil sende inn flere DOFI-er og evt. søke om patenter de neste årene. - Jeg var med på å presentere to konferansebidrag på ATTD 2016 (Milano, Italia), 3 konferansebidrag på ATTD 2017 (Paris, Frankrike) og skal være med på å presentere 4 bidrag på ATTD 2018 (Wien, Østerrike) nå i februar. Dette er regnet som den viktigste konferansen innen diabetesteknologi. - Jeg var førsteforfatter da APTs første studie ble publisert i tidsskriftet "Modeling, Identification and Control" i 2016. - Jeg er medforfatter på flere tidsskriftartikler publisert eller innsendt i 2017, og flere artikler (både til tidsskrifter og konferanser) er underveis nå som arbeidet i gruppa har kommet godt i gang. - APT og jeg har vært involvert i flere mediebidrag/avisoppslag i 2016 og 2017. - Stillingen har også resultert i opprettelse av en innstegsstilling ved Institutt for teknisk kybernetikk, som ledd i instituttets satsning på medisinsk teknologi. Når det gjelder nytteverdi for pasienter og helsetjeneste, så er det overordnede prosjektet ennå på et tidlig stadium. Denne tildelingen/postdok-stillingen har imidlertid bidratt i stor grad med å gjøre det mulig for APT å nå det langsiktige målet (ref. første avsnitt), og det er ingen tvil om at hvis forskningsgruppen lykkes med det, vil det ha stor betydning og nytteverdi for både pasientene, helsetjenesten og samfunnet. Mer konkret vet vi at det er rundt 25.000 diabetikere i Norge, og kostnaden for samfunnet er beregnet til ca. 11 000 USD pr pasient pr år i Norge. En stor andel av pasientene utvikler senkomplikasjoner og mange opplever sykdommen som en stor byrde i dagliglivet. Det betyr at hvis APT når sitt langsiktige mål vil man bl.a. kunne oppnå økonomiske besparelser (for helsetjenesten og samfunnet) og økt livskvalitet for diabetikere, ved at de oppnår bedre regulering, unngår komplikasjoner og kan bruke mindre tid og krefter på å behandle sykdommen. Og da er det jo strålende hvis deler av den nye teknologien kommer her fra Trondheim. Det overordnede prosjektet er uttalt tverrfaglig, så de mulige konsekvensene for helsetjenesten bør analyseres for det overordnede prosjektet og ikke ett enkelt stipend. Som omtalt i forrige avsnitt vil prosjektet på sikt kunne gi (store) økonomiske besparelser for helsetjenesten og samfunnet.
2016
Det overordnede prosjektet omhandler utprøving av kombinert intraperitoneal insulininfusjon og glukosemåling. Det langsiktige målet er robust, automatisk glukoseregulering hos diabetikere og intensivpasienter. Postdokstillingen har vært involvert både i matematisk modellering, simuleringer og dyreforsøk (for utprøving av glukosesensorer).I vår har jeg vært på foreldrepermisjon i 16 uker og har fått utvidet postdok-stillingen fram til starten av mai. I løpet av våren 2016 vokste forskningsgruppa vår mye. Jeg har vært involvert i planlegging og prosessering av resultater fra flere dyreforsøk i høst, på utprøving av flere typer glukosesensorer i bukhulen hos stordyr. Disse forsøkene har vært vellykket både med tanke på planlegging/gjennomføring, samarbeid og resultater. Grunnet dyreallergi kan jeg ikke selv være tilstede på forsøkene (og jeg har derfor heller ikke tatt dyrekurset), men vi har flere andre i prosjektet (bl.a. en veterinær) som tar seg av selve gjennomføringen. Publisering av resultatene avventes til vi har data fra tilstrekkelig mange forsøk. Jeg har også vært med på å planlegge en rekke dyreforsøk for våren 2017, blant annet fortsettelsen av forsøkene fra 2016, men også nye forsøksserier for utprøving av insulin i bukhulen (stordyr) og glukagon i bukhulen (smådyr). Dette vil resultere i flere publikasjoner i 2017 og 2018. I sommer fikk jeg endelig publisert en tidsskriftartikkel om pilotforsøkene våre (gjennomført i 2014), samt at jeg var medforfatter på en konferanseartikkel til IFAC DYCOPS-CAB 2016 (Trondheim, Norge). Som biveileder for tre Ph.d.-stipendiater har jeg vært med på bl.a. to konferansebidrag på ATTD 2016 (Milano, Italia) og har vært med på 3-5 konferansebidrag på ATTD 2017 (avholdes i februar i Paris, Frankrike). Jeg er også involvert som medforfatter på 3 tidsskriftartikler fra forskningsgruppa vår, hvorav en artikkel ble innsendt 8. januar 2017, og en annen artikkel vil bli innsendt i løpet av januar 2017. Siden august 2014 har undertegnede (Anders L. Fougner) fungert som sekretær i styringsgruppa til APT (Artificial Pancreas Trondheim) i forbindelse med bl.a. møtereferater, patentsøk, ansettelser og søknadsskriving. Denne rollen har jeg forsåvidt hatt helt siden 2012 da arbeidet som endte med en forskningsgruppe startet. Det medfører adskillig tidsbruk, men det ga meget bra "utbytte" i 2015 og har også gitt finansieringsmidler i 2016: - I oktober 2015 fikk APT endelig gjennomslag på en stor søknad (24.7 mill NOK) hos Norges Forskningsråd, gjennom opprettelsen av Nasjonalt Senter for Digitalt Liv. Det vil finansiere 7 stillinger samt noe driftsmidler over fem år (2016-2020). I løpet av 2016 var jeg med på å ansette 3 Ph.d.-stipendiater, 1 postdoktor, 1 forsker og 1 avdelingsingeniør i forskningsgruppa vår. - Jeg vil også være med på å ansette ytterligere én Ph.d.-stipendiat i løpet av de neste par månedene (med finansiering fra Samarbeidsorganet). - I løpet av 2016 sendte vi inn to DOFI-er (disclosure of inventions) til NTNU TTO.
2015
Det overordnede prosjektet omhandler utprøving av kombinert intraperitoneal insulininfusjon og glukosemåling. Det langsiktige målet er robust, automatisk glukoseregulering hos diabetikere og intensivpasienter. Postdokstillingen har vært involvert både i matematisk modellering, simuleringer og dyreforsøk (for utprøving av glukosesensorer).Prosjektet har kommet godt i gang både når det gjelder matematisk modellering (som var tiltenkt denne postdok-stillingen) og når det gjelder initielle dyreforsøk. Deler av materialet har vært presentert på to postere på VPH-konferansen (Virtual Physiological Human) på NTNU, sept 2014 og som elektronisk poster på ATTD-konferansen (advanced technologies & treatments for diabetes) i Paris, feb 2015. To tidsskriftartikler er "på vei": - En tidsskriftartikkel om pilotforsøkene våre er ferdig og innsendt. Resultatene er lovende og bekrefter hypotesene våre. Det blir vist at endringene i glukose i bukhulen er svært raske sammenliknet med subkutant: Etter en venøs injeksjon av glukose vil sensoren i bukhulen reagere nesten like raskt som en sensor plassert i lyskearterien (begge steder reagerer sensoren etter 40-60 sekunder). - En annen tidsskriftartikkel er under skriving. Den vil presentere resultater fra simuleringer med den matematiske modellen vi har utviklet. Her sammenliknes den intraperitoneale metoden med subkutane og intravenøse metoder, samt kombinerte metoder (f.eks. subkutan glukosemåling og intraperitoneal insulininfusjon). Resultatene våre er også her meget positive, med tanke på at vi viser at flere glukosereguleringsmekanismer/-algoritmer håndterer det intraperitoneale tilfellet langt bedre (tryggere, mer robust) sammenliknet med det subkutane (state of the art) tilfellet. Dette skyldes både raskere måling av glukosenivå og raskere insulinabsorpsjon. - I tillegg er jeg involvert som biveileder for Konstanze Kölle (Ph.d.-stipendiat, også finansiert av Samarbeidsorganet) som har kommet godt i gang med både abstract/poster til ATTD 2016 i Milano, og en tidsskriftartikkel om sikkerhetsmekanismer og feildeteksjon i systemer for glukoseregulering. - Jeg har vært litt involvert i klinisk utprøving av en ikke-invasiv glukosemåler for Prediktor Medical AS, som bl.a. har resultert i en poster på ATTD 2016, samt at Sven M. Carlsen er i gang med en tidsskriftartikkel på samme materiale. Siden august 2014 har undertegnede (Anders L. Fougner) også fungert som sekretær i styringsgruppa til APT (Artificial Pancreas Trondheim) i forbindelse med møtereferater, patentsøk, ansettelser og søknadsskriving. Denne rollen har jeg forsåvidt hatt helt siden 2012 da arbeidet som endte med en forskningsgruppa startet. Det medfører adskillig tidsbruk, men det har gitt meget bra "utbytte" i 2015: - I oktober 2015 fikk APT endelig gjennomslag på en stor søknad (24.7 mill NOK) hos Norges Forskningsråd, gjennom opprettelsen av Nasjonalt Senter for Digitalt Liv. Det vil finansiere 7 stillinger samt noe driftsmidler over de neste fem årene. - Jeg har vært involvert i flere Ph.d.-søknader til Samarbeidsorganet, også med positivt resultat (i 2014 og 2015). - Vi er godt i gang med å utlyse og ansette folk i flere av stillingene, og i løpet av vinteren/våren 2016 kommer vi til å bli totalt 3 postdoktorer, 5 Ph.d.-stipendiater og 1 overingeniør i forskningsgruppa vår. - Vi har nylig innsendt en DOFI (disclosure of inventions) til NTNU TTO.
2014
Det overordnede prosjektet omhandler utprøving av kombinert intraperitoneal insulininfusjon og glukosemåling. Det langsiktige målet er robust, automatisk glukoseregulering hos diabetikere og intensivpasienter. Postdokstillingen har vært involvert både i matematisk modellering, simuleringer og dyreforsøk (for utprøving av glukosesensorer).Prosjektet har kommet godt i gang både når det gjelder matematisk modellering (som var tiltenkt denne postdok-stillingen) og når det gjelder initielle dyreforsøk. Det foreligger nå materiale til to tidsskriftartikler som undertegnede er godt igang med. Deler av materialet har vært presentert på to postere på VPH-konferansen (Virtual Physiological Human) på NTNU i september 2014. Artikkel A vil presentere resultater fra dyreforsøk gjennomført i juni og november 2014. Resultatene er svært lovende og bekrefter hypotesene våre. Det blir vist at endringene i glukose i bukhulen er svært raske sammenliknet med subkutant: Etter en venøs injeksjon av glukose vil sensoren i bukhulen reagere nesten like raskt som en sensor plassert i lyskearterien (begge steder reagerer sensoren etter 40-60 sekunder). En smakebit på artikkelen er innsendt til ATTD (advanced technologies & treatments for diabetes)-konferansen i Paris nå i februar 2015 og har blitt antatt som elektronisk posterpresentasjon. Noe mer postprosessering/bearbeiding av måledata gjenstår før artikkelen kan fullføres. Artikkel B vil presentere resultater fra simuleringer med den matematiske modellen vi har utviklet. Her sammenliknes den intraperitoneale metoden med subkutane og intravenøse metoder, samt kombinerte metoder (f.eks. subkutan glukosemåling og intraperitoneal insulininfusjon). Modellen er foreløpig basert på en sammensetting av modeller fra litteraturen, men den skal nå oppdateres med dynamikken vi har funnet i våre dyreforsøk. Resultatene våre er også her meget positive, med tanke på at vi viser at flere glukosereguleringsmekanismer/-algoritmer håndterer det intraperitoneale tilfellet langt bedre (tryggere, mer robust) sammenliknet med det subkutane (state of the art) tilfellet. Dette skyldes både raskere måling av glukosenivå og raskere insulinabsorpsjon. Siden august 2014 har jeg (Anders L. Fougner) også fungert som sekretær i styringsgruppa til APT (Artificial Pancreas Trondheim) i forbindelse med møtereferater, patentsøk, ansettelser og søknadsskriving. Denne rollen har jeg forsåvidt hatt helt siden 2012 da jeg begynte å opprette forskningsgruppa, men nå er det offisielt. Det medfører adskillig tidsbruk. For postdokstillingen var følgende arbeidspakker definert: * Work package 1: «Develop mathematical models of glucose and insulin flow between peritoneum, central circulation and peripheral circulation.» * Work package 2: «Integrate the model with existing model frameworks.» * Work package 3: «Model validation for peritoneal glucose measurements and insulin infusion in animals.» * Work package 4: «Model validation for peritoneal glucose measurements and insulin infusion in intensive-care patients.» * Work package 5: «Develop safety mechanisms for closed-loop glucose control.» * Work package 6: «Develop algorithms for closed-loop glucose control in animals and intensive-care patients.» Av disse arbeidspakkene er WP1 og WP2 fullført, og deler av WP3 og WP6 er ferdig (som beskrevet ovenfor), samt at to tidsskriftpublikasjoner er underveis. Vi ligger derfor godt an i forhold til planen.
Vitenskapelige artikler
Christiansen SC, Fougner AL, Stavdahl Ø, Kölle K, Ellingsen R, Carlsen Sm

A Review of the Current Challenges Associated with the Development of an Artificial Pancreas by a Double Subcutaneous Approach.

Diabetes Ther 2017 Jun;8(3):489-506. Epub 2017 mai 13

PMID: 28503717

Fougner AL, Kölle K, Skjaervold NK, Elvemo NA, Ellingsen R, Carlsen SM, Stavdahl Ø

Intraperitoneal Glucose Sensing — Rapid and Accurate

International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2015

Fougner AL, Kölle K, Frøyen HEF, Ellingsen R, Carlsen SM, Stavdahl Ø

In-Silico Comparison of Intravenous, Intraperitoneal, Subcutaneous and Combined Approaches for Closed-Loop Glucose Control

International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2015

Fougner AL, Kölle K, Skjærvold NK, Elvemo NA, Hjelme DR, Ellingsen R, Carlsen SM, Stavdahl Ø

Intraperitoneal Glucose Sensing is Sometimes Surprisingly Rapid

Modeling Identification and Control (MIC), 2016

Kölle K, Fougner AL, Carlsen SM, Ellingsen R, Stavdahl Ø

Failure Analysis of an Artificial Pancreas — Double Subcutaneous vs. Double Intraperitoneal Approach

International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2016

Carlsen SM, Fougner AL, Karstang TV, Staal OM, Christiansen SC

Continuous Non-Invasive Glucose Monitoring by Sensor Fusion of Near Infrared Light and Bioimpedance Measurements- Results of a

International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2016

Stavdahl Ø, Fougner AL, Kölle K, Christiansen SC, Ellingsen R, Carlsen SM

The Artificial Pancreas: A Dynamic Challenge

IFAC-PapersOnline, 2016

Åm MK, Fougner AL, Bösch PC, Dirnena-Fusini, I, Kölle K, Stavdahl Ø, Ellingsen R, Hjelme DR, Christiansen SC, Carlsen SM

Intraperitoneal glucose measuring using amperometric glucose sensors and intraperitoneal fluid samples in an animal model.

International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2017

Kölle K, Fougner AL, Stavdahl Ø

On the sensitivity of continuous glucose monitoring to insulin infusion faults.

International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2017

Kölle K, Fougner AL, Stavdahl Ø

Meal detection based on non-individualized moving horizon estimation and classification

IEEE Conference on Control Technology and Applications, 2017

Kölle K, Fougner AL, Stavdahl Ø

Impact of sensing and infusion site dependent dynamics on insulin bolus based meal compensation.

IFAC-PapersOnLine, 2017.

Dirnena-Fusini I, Åm MK, Christiansen SC, Fougner AL, Carlsen SM

Physiologic effects of intraperitoneal vs. subcutaneous insulin delivery in patients with DM1: A systematic review.

International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2017

Bösch PC, Åm MK, Stavdahl Ø, Fougner AL, Carlsen SM, Ellingsen R, Hjelme DR

Set-up and procedure for intraperitoneal glucose monitoring in anaesthetised animals.

International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2017

Stavdahl Ø, Fougner AL, Kölle K, Christiansen SC, Ellingsen R, Carlsen SM

The Artificial Pancreas: A Dynamic Challenge

IFAC Symposium on Dynamics and Control of Process Systems including Biosystems (DYCOPS-CAB), 2016

Carlsen SM, Fougner AL, Karstang TV, Staal OM, Christiansen SC

Continuous Non-Invasive Glucose Monitoring by Sensor Fusion of Near Infrared Light and Bioimpedance Measurements- Results of a

International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2016

Kölle K, Fougner AL, Carlsen SM, Ellingsen R, Stavdahl Ø

Failure Analysis of an Artificial Pancreas — Double Subcutaneous vs. Double Intraperitoneal Approach

International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2016

Fougner AL, Kölle K, Skjærvold NK, Elvemo NA, Hjelme DR, Ellingsen R, Carlsen SM, Stavdahl Ø

Intraperitoneal Glucose Sensing is Sometimes Surprisingly Rapid

Modeling Identification and Control (MIC), 2016

Fougner AL, Kölle K, Skjaervold NK, Elvemo NA, Ellingsen R, Carlsen SM, Stavdahl Ø

Intraperitoneal Glucose Sensing — Rapid and Accurate

ATTD, 2015

Fougner AL, Kölle K, Frøyen HEF, Ellingsen R, Carlsen SM, Stavdahl Ø

In-Silico Comparison of Intravenous, Intraperitoneal, Subcutaneous and Combined Approaches for Closed-Loop Glucose Control

ATTD, 2015

Deltagere
  • Sven Magnus Carlsen Prosjektleder
  • Øyvind Stavdahl Hovedveileder
  • Harald Martens Medveileder, biveileder

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til Helse Midt-Norge RHF - Samarbeidsorganet og FFU

Personvern  -  Informasjonskapsler