KR20220013542A - Apparatus and Method for Incorporation of Microneedle Array Analyte-Selective Sensors - Google Patents
Apparatus and Method for Incorporation of Microneedle Array Analyte-Selective Sensors Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220013542A KR20220013542A KR1020217033487A KR20217033487A KR20220013542A KR 20220013542 A KR20220013542 A KR 20220013542A KR 1020217033487 A KR1020217033487 A KR 1020217033487A KR 20217033487 A KR20217033487 A KR 20217033487A KR 20220013542 A KR20220013542 A KR 20220013542A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sensor
- analyte
- therapeutic agent
- therapeutic
- delivery
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
- A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
- A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
- A61M5/172—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic
- A61M5/1723—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic using feedback of body parameters, e.g. blood-sugar, pressure
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/14507—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue specially adapted for measuring characteristics of body fluids other than blood
- A61B5/1451—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue specially adapted for measuring characteristics of body fluids other than blood for interstitial fluid
- A61B5/14514—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue specially adapted for measuring characteristics of body fluids other than blood for interstitial fluid using means for aiding extraction of interstitial fluid, e.g. microneedles or suction
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/14546—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring analytes not otherwise provided for, e.g. ions, cytochromes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4836—Diagnosis combined with treatment in closed-loop systems or methods
- A61B5/4839—Diagnosis combined with treatment in closed-loop systems or methods combined with drug delivery
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
- A61B5/6832—Means for maintaining contact with the body using adhesives
- A61B5/6833—Adhesive patches
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
- A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
- A61B5/685—Microneedles
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6887—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient mounted on external non-worn devices, e.g. non-medical devices
- A61B5/6898—Portable consumer electronic devices, e.g. music players, telephones, tablet computers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
- A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
- A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
- A61M5/14244—Pressure infusion, e.g. using pumps adapted to be carried by the patient, e.g. portable on the body
- A61M5/14248—Pressure infusion, e.g. using pumps adapted to be carried by the patient, e.g. portable on the body of the skin patch type
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
- G16H20/10—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to drugs or medications, e.g. for ensuring correct administration to patients
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H20/00—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance
- G16H20/10—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to drugs or medications, e.g. for ensuring correct administration to patients
- G16H20/17—ICT specially adapted for therapies or health-improving plans, e.g. for handling prescriptions, for steering therapy or for monitoring patient compliance relating to drugs or medications, e.g. for ensuring correct administration to patients delivered via infusion or injection
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
- A61B2560/04—Constructional details of apparatus
- A61B2560/0406—Constructional details of apparatus specially shaped apparatus housings
- A61B2560/0412—Low-profile patch shaped housings
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
- A61B2562/046—Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
- A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
- A61M5/168—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body
- A61M5/172—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic
- A61M5/1723—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic using feedback of body parameters, e.g. blood-sugar, pressure
- A61M2005/1726—Means for controlling media flow to the body or for metering media to the body, e.g. drip meters, counters ; Monitoring media flow to the body electrical or electronic using feedback of body parameters, e.g. blood-sugar, pressure the body parameters being measured at, or proximate to, the infusion site
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
- A61M2205/3303—Using a biosensor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2230/00—Measuring parameters of the user
- A61M2230/20—Blood composition characteristics
- A61M2230/201—Glucose concentration
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Hematology (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Diabetes (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Infusion, Injection, And Reservoir Apparatuses (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Media Introduction/Drainage Providing Device (AREA)
Abstract
사용자의 생리학적 상태에 반응하여 치료적 개입을 수동 전달하기 위한 장치(1300) 및 방법(700)이 본원에 개시된다. 장치(1300)는 센서(20), 주입(infusion) 시스템 및 단일 착용형(body-worn) 구성요소(1305)를 포함한다. 센서(20)는 각질층을 관통하여, 살아있는(viable) 표피 또는 진피에 접근하고 분석물의 존재를 측정하도록 구성된다. 주입 시스템은 사용자의 조치 또는 제어 알고리즘을 기반으로 용액-상(phase) 치료제를 전달하도록 구성된다.Disclosed herein are an apparatus 1300 and a method 700 for passively delivering a therapeutic intervention in response to a physiological condition of a user. Device 1300 includes a sensor 20 , an infusion system, and a single body-worn component 1305 . The sensor 20 is configured to penetrate the stratum corneum, access the viable epidermis or dermis, and measure the presence of an analyte. The infusion system is configured to deliver a solution-phase therapeutic agent based on a user action or control algorithm.
Description
본원에 기재된 기술은 치료적 전달 메커니즘, 분석물-선택적 센서, 및 상기의 구성 방법에 관한 것이다.The technology described herein relates to therapeutic delivery mechanisms, analyte-selective sensors, and methods of constructing the same.
치료제의 지속적 전달은 현대 의료 장치에서 중요한 기술로 남아 있다. 상기 의료 장치의 가장 중요한 예는, 지속적 피하 인슐린 주입(CSII: continuous subcutaneous insulin infusion) 시스템으로 또한 공지된 인슐린 펌프이다. 인슐린 펌프는 1980년대에 개발되고 1990년대에 상용화되어, 주사기에 의한 인슐린의 드문 주사보다 더 생리학적인 인슐린 전달 방법을 제공하였다. 개선된 인슐린 전달 방법의 중요성은, 집중적 인슐린 요법이 당뇨병의 장기간 합병증의 발병률 및 중증도를 극적으로 감소시켰음을 나타낸, 1992년의 문헌[the Diabetes Control and Complication Trial (DCTT)]의 출판의 여파로 더욱 인식되었다. 더 최근에는, 인슐린 펌프는 저혈당의 발생, 중증도 또는 기간을 최소화시키기 위해 지속적 글루코오스 모니터링 시스템으로부터의 입력값(input)을 사용하도록 고안된 알고리즘에 의해 결정된 실제 또는 임박한 저혈당의 발생 시에 인슐린 주입을 자동으로 유보하도록 구성되었다. 인슐린 펌프는 또한 개선된 혈당 조절을 달성하기 위해 지속적 글루코오스 모니터링 시스템으로부터의 입력값을 사용하도록 고안된 알고리즘에 의해 결정된 정상혈당 설정점에서 또는 정상혈당 윈도우(또는 영역) 내에서 글루코오스 수준을 유지하도록 지속적으로 인슐린 전달을 조절하도록 구성되었다. 상기 시스템은 다른 상세한 설명 중에서, 인공 췌장 장치, 자동 인슐린 전달 시스템, 자동 글루코오스 조절 시스템 및 폐루프(closed loop) 시스템으로 다양하게 기재된다. 이러한 시나리오에서, 분석물 센싱 및 치료적 전달 방식 모두는 신체에 착용되는 2개의 별개의 및 탈착가능한 장치를 포함한다. 그러나, 이러한 기술을 사용하는데 있어서 많은 환자들의 주요 장애물은, 사용자(215) 상에 위치된 2개의 장치(205) 및 장치(210)을 갖는 도2에 나타낸 바와 같은 2개의 별도의 신체 장착형(on-body) 장치의 사용이다. 통합된 감지-치료 시스템에 대한 목표 및 소형화된 착용형(body-worn) 장치에 대한 요구에 따라, 단일 착용가능 장치에의 분석물 센싱 및 치료적 전달 구성요소 모두의 공동-배치는 활성화된 개발 영역이다. 위에서 이야기된 바와 같이, 센싱 및 치료 컨틴전트(contingent)의 공동-배치는 그 자체의 고유한 문제(분석물 센싱 방식에 매우 근접한 치료제의 전달은 흔히 핵심 기술적 문제 예컨대 검출되는 분석물의 혼선(cross-talk), 간섭, 오염 및 국소 희석을 야기함)를 나타낸다. 이러한 이유로, 센싱 및 전달 구성요소는 흔히 신체에서 물리적으로 분리된 위치에 귀속되었다.Continuous delivery of therapeutics remains an important technology in modern medical devices. The most important example of such a medical device is an insulin pump, also known as a continuous subcutaneous insulin infusion (CSII) system. Insulin pumps were developed in the 1980s and commercialized in the 1990s, providing a more physiological method of insulin delivery than the infrequent injection of insulin by syringe. The importance of improved methods of insulin delivery was further raised in the aftermath of the publication of the Diabetes Control and Complication Trial (DCTT) in 1992, which showed that intensive insulin therapy dramatically reduced the incidence and severity of long-term complications of diabetes. was recognized More recently, insulin pumps automatically administer insulin infusions upon actual or impending occurrence of hypoglycemia as determined by an algorithm designed to use input from a continuous glucose monitoring system to minimize the occurrence, severity, or duration of hypoglycemia. designed to be reserved. The insulin pump also continuously maintains glucose levels at an euglycemic setpoint or within an euglycemic window (or region) determined by an algorithm designed to use input from a continuous glucose monitoring system to achieve improved glycemic control. constructed to modulate insulin delivery. The system is variously described as an artificial pancreas device, an automatic insulin delivery system, an automatic glucose control system, and a closed loop system, among other detailed descriptions. In this scenario, both analyte sensing and therapeutic delivery modalities involve two separate and detachable devices worn on the body. However, a major hurdle for many patients in using this technique is two separate body mounted devices, as shown in FIG. 2 , with two
지속적 피하 인슐린 주입(CSII) 시스템은 제1형 당뇨병을 갖는 환자에게 널리 사용되고 있다. 점점 더 많은 수의 제2형 당뇨병을 갖는 환자가 또한 CSII 시스템을 사용하고 있다. CSII 장치에는 2가지 일반적 부류(하나는 인슐린 전달용 튜브를 갖고, 다른 하나는 장치로부터 돌출되고 직접 조직에 삽입되는 작은 캐뉼라를 갖고 튜브가 없음(또는 무튜브))가 있다. 튜브형 장치는 프로그래밍가능한 전자기계 펌프 장치와 함께 LED 디스플레이 및 명령 입력을 위한 터치패드로 이루어진다. 튜브형 펌프는 전형적으로 길이 6-8 cm, 너비 4-6 cm 및 두께 2-4 cm이고, 피하 지방 조직에 삽입되는 캐뉼라 또는 바늘을 갖는 주입 세트로 끝나는 24-48" 플라스틱 튜브를 통해 신체에 전달되는 인슐린을 갖는 저장소를 함유한다. 무튜브 장치(때로는 패치 펌프로 나타냄)는 LED 디스플레이 또는 명령을 위한 터치패드가 없으나, 그 대신에 전용 의료 장치 또는 규제된 모바일 의료 어플리케이션을 실행하는 스마트폰으로 이루어지는 별도의 제어장치를 위한 무선 기능이 있는 전자기계 펌프 장치로 이루어진다. 패치 펌프는 전형적으로 길이 3-5 cm, 너비 2-4 cm 및 두께 2-3 cm이고, 또한 패치 펌프의 하부로부터 돌출되고 또한 피하 지방 조직에 삽입되는 짧은 2-3 cm 캐뉼라를 통해 신체에 전달되는 인슐린을 갖는 저장소를 함유한다. 용액-상(phase) 치료제(즉, 인슐린)의 전달을 위해 구성된 현재의 주입 시스템은, 흔히 분석물(즉, 글루코오스)의 지속적 정량화를 위해 구성된 바늘- 및 캐뉼라-기반 센서 시스템과 쌍을 이룬다. 비록 상기 시스템이 조화롭게 작동하고 유사한 생리학적 구획, 예컨대 조직의 피하 지방층에서 작동하도록 구성되기는 하지만, 두 시스템 모두는 단일 착용형 장치 내의 공동-배치에는 잘 받아들여지지는 않는다. 부분적으로는 이는 단일 통합된 장치에 물리적으로 부착된 2개의 캐뉼라의 삽입과 연관된 문제로 인한 것이다. 그러나, 주요 문제는 두 시스템 모두를 매우 근접하여 작동시키는 동안 격리의 결여로 인해 발생한다. 즉, 원치 않는 화학적 상호작용이 주어진 생리학적 구획에 공동-배치된 분석물 센서 장치 및 치료적 전달 장치의 동시 작동의 시나리오에서 발생할 가능성이 높고; 이 중 원치 않는 효과는 혼선, 간섭, 오염 및 국소 희석이고, 이는 특정 정도의 선택성, 감도, 안정성 및 반응 시간으로 원하는 분석물을 정량화하는 센서의 능력에 직접적으로 영향을 미친다.Continuous subcutaneous insulin infusion (CSII) systems are widely used in patients with type 1 diabetes. An increasing number of patients with
글루코오스 센싱 및 인슐린 주입의 성공적인 공동-배치에 대한 주요 장애물은, 표준 상용 글루코오스 센서의 효소적 특성에 대한 현재의 인슐린 제형 중의 보존제의 해로운 영향이다. 인슐린은 피하 지방 조직 층에서 저항이 가장 적은 경로를 따라 수직보다는 수평으로 훨씬 더 쉽게 확산된다. 이러한 최근의 발견은, 진피(피부의 표면 아래 < 1 mm)에서 글루코오스를 측정하고 동시에 피하 지방 조직(피부의 표면 아래 ~10-40 mm)에 인슐린을 주입할 수 있는 단일 신체 장착형 장치를 얻기 위한 본 출원에 기재된 본 발명을 뒷받침한다. 도 11은 표피(41), 진피(42) 및 피하 조직(43)을 포함하는 환자의 피부(40)와 함께 피하 조직(45) 내에서 작동하도록 구성된 주입 시스템(45)의 예시(축적 표시되지 않음)이다. Jockel 등으로부터의 도 12a 내지 도 12d의 그래프(1200), 그래프(1210), 그래프(1220) 및 그래프(1230)는 조직에 주사된 인슐린의 상이한 부피에 관한 비대칭 수평 확산의 우선적 패턴을 나타낸다. Jockel 등은, 수평 방향으로의 인슐린의 이러한 우선적 확산이, 심지어 큰 부피의 인슐린에 대해서도 인슐린 저장의 수직 범위를 약 4 mm로 제한한다는 것을 보여주었다. 따라서 글루코오스를 측정하는 진피에서의 마이크로니들 어레이와 지방 조직에 인슐린을 주입하는 캐뉼라의 말단 팁과의 사이에 10 mm 이상의 물리적 분리를 달성하는 것은, 글루코오스 센서의 오염을 방지하고 인슐린 전달 시스템에의 지속적 글루코오스 모니터의 물리적 통합을 허용하기에 충분하다.A major obstacle to the successful co-deployment of glucose sensing and insulin infusion is the detrimental effect of preservatives in current insulin formulations on the enzymatic properties of standard commercial glucose sensors. Insulin diffuses much more easily horizontally than vertically along the path of least resistance in the subcutaneous adipose tissue layer. These recent discoveries are aimed at obtaining a single body-mounted device that can measure glucose in the dermis (<1 mm below the surface of the skin) and simultaneously inject insulin into the subcutaneous adipose tissue (~10-40 mm below the surface of the skin). Supports the invention described in this application. 11 is an illustration (not shown to scale) of an
인공 췌장 장치를 위한 알고리즘은 제어 이론 및 화학 공학에서 허용되는 이론에 크게 의존하고, 여러 카테고리로 나뉘어질 수 있다. 제1 카테고리에서, 인공 췌장 장치를 위한 알고리즘은 단일호르몬(unihormonal) 또는 이중호르몬(bihormonal)이다. 단일호르몬 시스템은 고혈당을 회피하고 정상혈당에서의 시간을 최대화하기 위해 인슐린 주입을 단독으로 사용한다. 단일호르몬 시스템에서, 저혈당은 지속적 글루코오스 모니터링 시스템의 실제 판독값 또는 지속적 글루코오스 모니터링 데이터로부터 유도된 예상된 글루코오스 값을 기반으로 인슐린을 유보함으로써 예방 또는 치료될 수 있다. 이중호르몬 시스템에서, 고혈당은 단일호르몬 시스템에서와 같이 인슐린 주입에 의해 회피 또는 치료되나, 저혈당은 내인성 글루코오스를 생성하기 위해 간을 자극하는 글루카곤을 주입함으로써 예방 또는 치료된다. 제2 카테고리에서, 인슐린 전달 및 혈당 조절의 최적화는, 모델 예측 제어(MPC: Model Predictive Control), 비례 적분 미분(PID: Proportional Integral Derivative), 또는 퍼지 논리(FL: Fuzzy Logic)와 같은 상이한 알고리즘 접근법에 의해 달성될 수 있다. 마지막으로, 인공 췌장은 또한 자동화 정도에 의해 카테고리화될 수 있다. 하이브리드 폐루프 시스템은 식사 크기의 정량적 또는 정성적 추정치를 기반으로 한 식사 볼루스(boluse)의 사용자 개시를 필요로 한다. 대조적으로, 완전 폐루프 시스템은 식사 시에 인슐린 전달을 자동화하고, 식사 볼루스에 대한 사용자 개입을 필요로 하지 않는다.Algorithms for artificial pancreatic devices rely heavily on control theory and accepted theories in chemical engineering, and can be divided into several categories. In the first category, algorithms for artificial pancreatic devices are unihormonal or bihormonal. The monohormonal system uses insulin infusion alone to avoid hyperglycemia and maximize time at normoglycemia. In monohormonal systems, hypoglycemia can be prevented or treated by withholding insulin based on actual readings of the continuous glucose monitoring system or predicted glucose values derived from continuous glucose monitoring data. In bihormonal systems, hyperglycemia is avoided or treated by insulin infusion as in monohormonal systems, but hypoglycemia is prevented or treated by injecting glucagon, which stimulates the liver to produce endogenous glucose. In a second category, optimization of insulin delivery and glycemic control is achieved through different algorithmic approaches such as Model Predictive Control (MPC), Proportional Integral Derivative (PID), or Fuzzy Logic (FL). can be achieved by Finally, artificial pancreas can also be categorized by degree of automation. Hybrid closed-loop systems require user initiation of a meal boluse based on a quantitative or qualitative estimate of meal size. In contrast, a fully closed-loop system automates insulin delivery at mealtime and requires no user intervention on the meal bolus.
종래기술 해결책은, 비록 두 시스템 사이의 상호작용을 회피하도록 충분한 정도로 공간적으로 분리되어 있기는 하지만, 동일한 생리학적 구획에서 작동하는 탈착가능한 착용형 장치로서 센싱 및 전달 시스템 모두를 작동시키는데 크게 관심이 있었다. 상호작용은 다양한 형태(혼선, 간섭, 오염, 및 희석)를 취할 수 있다. 분석물 센싱 방식의 종래기술 구현예는, 전기화학적 변환 기술을 사용하여 분석물을 정량화하도록 구성된 캐뉼라-보조된, 피하-이식된 와이어-기반 센서를 포함한다. 치료적 전달 방식의 종래기술 구현예는 피하 지방 조직에 요법을 전달하도록 구성된 캐뉼라-기반 패치 펌프 및 주입 세트를 포함한다. 도 1a는 피하 지방 조직에서의 글루코오스의 정량화를 위해 구성된 사용자 인터페이스 장치(115) 및 모바일폰(105)을 갖는 종래기술 바늘-/캐뉼라-기반 분석물-선택적 센서(110)이다. 도 1b는 피하 지방 조직에서의 글루코오스의 정량화를 위해 구성된 사용자 인터페이스 장치(125)를 갖는 종래기술 바늘-/캐뉼라-기반 분석물-선택적 센서(130)이다. 도 1c는 피하 지방 조직에서의 글루코오스의 정량화를 위해 구성된 사용자 인터페이스 장치(145)를 갖는 종래기술 바늘-/캐뉼라-기반 분석물-선택적 센서(150)이다. 더 최근의 종래기술은, 비록 심지어 동일한 생리학적 구획에서 작동할 때에도 둘 사이의 상호작용을 최소화하기 위한 센싱 컨틴전트와 전달 컨틴전트 사이의 충분한 측면(lateral) 또는 공간적 격리를 특징으로 하기는 하지만, 단일 착용형 장치 내의 센싱 및 전달 방식 모두의 공동-배치를 교시하였다.Prior art solutions have been of great interest in operating both sensing and delivery systems as removable, wearable devices that operate in the same physiological compartment, although they are spatially separated to a sufficient extent to avoid interaction between the two systems. . Interactions can take many forms (crosstalk, interference, contamination, and dilution). Prior art implementations of analyte sensing schemes include cannula-assisted, subcutaneously-implanted wire-based sensors configured to quantify analytes using electrochemical transformation techniques. Prior art embodiments of therapeutic delivery modalities include cannula-based patch pumps and infusion sets configured to deliver therapy to subcutaneous adipose tissue. 1A is a prior art needle-/cannula-based analyte-
비록 두 장치 모두의 통합에 대한 동기가 명백해보일 수 있기는 하지만, 다수의 생리학적 및 기술적 문제가 이러한 문제에 대한 성공적인 해결을 막았다. 인슐린 주입 및 글루코오스 센싱의 공동 배치에 대한 가장 큰 장애물은, 전형적인 글루코오스 센서에서 사용된 효소를 손상시키는 인슐린 제형의 안정화를 위해 사용된 보존제인 것으로 보인다.Although the motivation for the integration of both devices may seem obvious, a number of physiological and technical problems have prevented successful resolution of these problems. The biggest obstacle to the co-location of insulin infusion and glucose sensing appears to be the preservatives used for stabilization of insulin formulations that impair the enzymes used in typical glucose sensors.
본원에 기재된 본 발명은, 이들 구성요소를 별개의 생리학적 구획에 배치하는 한편, 동시에 단일 신체 장착형 장치에의 이의 통합을 허용하는 목적을 달성한다.The invention described herein achieves the object of disposing these components in separate physiological compartments, while at the same time allowing their integration into a single body mounted device.
본 발명의 한 양태는, 사용자의 생리학적 상태에 반응하여 치료적 개입을 수동 전달하기 위한 장치이다. 장치는 센서, 주입 시스템, 단일 착용형 구성요소 및 제어 알고리즘을 포함한다. 센서는 각질층을 관통하여 살아있는(viable) 표피 또는 진피에 접근하고, 분석물 또는 복수의 분석물들의 존재를 선택적 방식으로 측정하도록 구성된다. 주입 시스템은 제어된 방식으로 용액-상 치료제 또는 치료제의 집합물을 살아있는 표피 및 진피와 별개의 별도의 생리학적 구획에 전달하도록 구성된다. 단일 착용형 구성요소는 센서 및 주입 시스템을 통합한다. 장치는 상기 제어 알고리즘의 출력값(output)을 기반으로 주입 시스템을 통해 상기 치료제의 명시된 투여량을 전달하도록 구성된다.One aspect of the invention is a device for passively delivering a therapeutic intervention in response to a physiological condition of a user. The device includes a sensor, an injection system, a single wearable component, and a control algorithm. The sensor is configured to penetrate the stratum corneum to access the viable epidermis or dermis and to measure the presence of an analyte or a plurality of analytes in a selective manner. The infusion system is configured to deliver the solution-phase therapeutic agent or collection of therapeutic agents in a controlled manner to separate physiological compartments separate from the living epidermis and dermis. A single wearable component integrates the sensor and injection system. The device is configured to deliver a specified dose of the therapeutic agent through an infusion system based on an output of the control algorithm.
본 발명의 또다른 양태는, 사용자의 생리학적 상태에 반응하여 치료적 개입을 수동 전달하기 위한 장치이다. 장치는 센서, 주입 시스템 및 단일 착용형 구성요소를 포함한다. 센서는 각질층을 관통하여 살아있는 표피 또는 진피에 접근하고, 분석물 또는 복수의 분석물들의 존재를 선택적 방식으로 측정하도록 구성된다. 주입 시스템은 제어된 방식으로 용액-상 치료제 또는 치료제의 집합물을 살아있는 표피 및 진피와 별개의 별도의 생리학적 구획에 전달하도록 구성된다. 단일 착용형 구성요소는 센서 및 주입 시스템을 통합한다. 장치는 사용자의 조치를 기반으로 주입 시스템을 통해 상기 치료제의 명시된 투여량을 전달하도록 구성된다.Another aspect of the invention is a device for passively delivering a therapeutic intervention in response to a physiological condition of a user. The device includes a sensor, an injection system, and a single wearable component. The sensor is configured to penetrate the stratum corneum to access the living epidermis or dermis and to measure the presence of an analyte or a plurality of analytes in a selective manner. The infusion system is configured to deliver the solution-phase therapeutic agent or collection of therapeutic agents in a controlled manner to separate physiological compartments separate from the living epidermis and dermis. A single wearable component integrates the sensor and injection system. The device is configured to deliver a specified dose of the therapeutic agent through the infusion system based on the user's action.
본 발명의 보다 또다른 양태는, 단일 착용형 구성요소를 사용하여 사용자의 생리학적 상태에 반응하여 치료적 개입을 수동 전달하는 방법이다. 방법은 센서에 의해 살아있는 표피 또는 진피에서 선택적 방식으로 분석물 또는 복수의 분석물들의 존재를 측정하는 것을 포함한다. 방법은 또한 제어 알고리즘에 분석물 또는 복수의 분석물들의 측정값을 입력하는 것을 포함한다. 방법은 또한 주입 시스템이 상기 제어 알고리즘의 출력값을 기반으로 진피 아래의 생리학적 구획에 용액-상 치료제 또는 치료제의 집합물의 명시된 투여량을 전달하도록 하는 것을 포함한다.Yet another aspect of the present invention is a method for passively delivering a therapeutic intervention in response to a physiological condition of a user using a single wearable component. The method comprises measuring the presence of an analyte or a plurality of analytes in a live epidermis or dermis by a sensor in a selective manner. The method also includes inputting measurements of the analyte or plurality of analytes to the control algorithm. The method also includes causing the infusion system to deliver a specified dose of the solution-phase therapeutic agent or collection of therapeutic agents to the physiological compartment under the dermis based on the output of the control algorithm.
도 1a는 피하 지방 조직에서의 글루코오스의 정량화를 위해 구성된 종래기술 바늘-/캐뉼라-기반 분석물-선택적 센서이다.
도 1b는 피하 지방 조직에서의 글루코오스의 정량화를 위해 구성된 종래기술 바늘-/캐뉼라-기반 분석물-선택적 센서이다.
도 1c는 피하 지방 조직에서의 글루코오스의 정량화를 위해 구성된 종래기술 바늘-/캐뉼라-기반 분석물-선택적 센서이다.
도 2는 분석물-선택적 센서 장치 (좌측) 및 주입 시스템 (우측)의 종래기술 구현예이고, 두 장치 모두는 원치 않는 상호작용을 회피하는 광범위한 공간 분리를 특징으로 한다.
도 3은 피하 지방 조직에서의 글루코오스의 정량화를 위해 구성된 종래기술 바늘-/캐뉼라-기반 분석물-선택적 센서(좌측) 및 진피에서의 글루코오스의 정량화를 위해 구성된 마이크로니들 어레이-기반 분석물-선택적 센서(우측)이다.
도 4는 피하 조직 내에서 작동하도록 구성된 주입 시스템(좌측) 및 진피 내에서 작동하도록 구성된 분석물-선택적 센서(우측)의 그림 표현(축적 표시되지 않음)이고, 둘 모두 매우 근접한 공간에 배치된다.
도 5a는 주입 세트에의 마이크로니들 어레이-기반 분석물-선택적 센서의 통합의 예시이다.
도 5b는 패치 펌프에의 마이크로니들 어레이-기반 분석물-선택적 센서의 제안된 통합이다.
도 6a는 패치 펌프에의 마이크로니들 어레이-기반 분석물-선택적 센서의 제안된 통합이다.
도 6b는 패치 펌프에의 마이크로니들 어레이-기반 분석물-선택적 센서의 제안된 통합이다.
도 6c는 도 6b의 동그라미(6C)의 분리도이다.
도 7은 본 발명의 개루프(OPEN LOOP) 구현예의 주요 방법 단계를 예시하는 블록/프로세스 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 폐루프(CLOSED LOOP) 구현예의 주요 방법 단계를 예시하는 블록/프로세스 흐름도이다.
도 9는 개루프 구현예 하의 본 발명의 입력, 출력 및 주요 구성요소를 예시하는 블록/프로세스 흐름도이다.
도 10은 폐루프 구현예 하의 본 발명의 입력, 출력 및 주요 구성요소를 예시하는 블록/프로세스 흐름도이다.
도 11은 피하 조직 내에서 작동하도록 구성된 주입 시스템의 예시(축적 표시되지 않음)이다.
도 12a는 피하 지방 조직에서 인슐린 저장(insulin depot) 형성과 관련된 그래프의 예시이다.
도 12b는 피하 지방 조직에서 인슐린 저장 형성과 관련된 그래프의 예시이다.
도 12c는 피하 지방 조직에서 인슐린 저장 형성과 관련된 그래프의 예시이다.
도 12d는 피하 지방 조직에서 인슐린 저장 형성과 관련된 그래프의 예시이다.
도 13은 완전 통합된 마이크로어레이 센서를 갖는 인슐린 패치 펌프의 상부 사시도이다.
도 14는 완전 통합된 마이크로어레이 센서를 갖는 인슐린 패치 펌프의 하부 사시도이다.
도 15는 완전 통합된 마이크로어레이 센서를 갖는 인슐린 패치 펌프의 측면도이다.
도 16은 커넥터를 통해 연결된 마이크로어레이 센서를 갖는 인슐린 패치 펌프의 하부 사시도이다.
도 17은 커넥터에 연결된 마이크로어레이 센서의 분리도이다.
도 18은 환자의 피부에 적용된 마이크로어레이 센서를 위한 홈을 갖는 인슐린 패치 펌프의 하부 사시도이다.1A is a prior art needle-/cannula-based analyte-selective sensor configured for quantification of glucose in subcutaneous adipose tissue.
1B is a prior art needle-/cannula-based analyte-selective sensor configured for quantification of glucose in subcutaneous adipose tissue.
1C is a prior art needle-/cannula-based analyte-selective sensor configured for quantification of glucose in subcutaneous adipose tissue.
2 is a prior art implementation of an analyte-selective sensor device (left) and an injection system (right), both of which feature extensive spatial separation avoiding unwanted interactions.
3 shows a prior art needle-/cannula-based analyte-selective sensor configured for quantification of glucose in subcutaneous adipose tissue (left) and a microneedle array-based analyte-selective sensor configured for quantification of glucose in the dermis. (right).
Figure 4 is a pictorial representation (not scaled) of an injection system configured to act in subcutaneous tissue (left) and an analyte-selective sensor configured to act in the dermis (right), both placed in very close proximity.
5A is an illustration of integration of a microneedle array-based analyte-selective sensor into an infusion set.
5B is the proposed integration of a microneedle array-based analyte-selective sensor into a patch pump.
6A is the proposed integration of a microneedle array-based analyte-selective sensor into a patch pump.
6B is the proposed integration of a microneedle array-based analyte-selective sensor into a patch pump.
FIG. 6C is an exploded view of the
7 is a block/process flow diagram illustrating the main method steps of an OPEN LOOP implementation of the present invention.
8 is a block/process flow diagram illustrating the main method steps of a CLOSED LOOP implementation of the present invention.
9 is a block/process flow diagram illustrating the input, output and key components of the present invention under an open loop implementation.
Figure 10 is a block/process flow diagram illustrating the input, output and key components of the present invention under a closed loop implementation.
11 is an illustration (not to scale) of an infusion system configured to operate within subcutaneous tissue.
12A is an illustration of a graph related to insulin depot formation in subcutaneous adipose tissue.
12B is an illustration of a graph related to insulin storage formation in subcutaneous adipose tissue.
12C is an illustration of a graph related to insulin storage formation in subcutaneous adipose tissue.
12D is an illustration of a graph related to insulin storage formation in subcutaneous adipose tissue.
13 is a top perspective view of an insulin patch pump with fully integrated microarray sensors.
14 is a bottom perspective view of an insulin patch pump with fully integrated microarray sensors.
15 is a side view of an insulin patch pump with fully integrated microarray sensors.
16 is a bottom perspective view of an insulin patch pump with microarray sensors connected via connectors.
17 is an exploded view of a microarray sensor connected to a connector.
18 is a bottom perspective view of an insulin patch pump with grooves for microarray sensors applied to a patient's skin.
마이크로니들-기반 분석물-선택적 센서는 최근 몇 년 동안 개발 활동이 증가되었으며, 생리학적 유체, 예컨대 간질액, 진피 간질액 혈액, 혈청 및 혈장에서의 다수의 관련된 분석물의 최소-침습성 정량화에 대한 유망한 능력을 나타낸다. 이러한 장치는 기판 상의 적어도 2개의 돌출부의 어레이로 이루어지고, 각각의 돌출부는 근위 말단에서 상기 기판에 부착되고, 원위 말단까지 200 내지 2000 마이크로미터 연장된다. 적어도 하나의 상기 돌출부는 금속성, 반도체 또는 중합체성 물질을 포함하는 적어도 하나의 전극을 특징으로 하도록 구성되고, 이는 하나 이상의 중합체성 막으로 추가 코팅될 수 있다. 특정 구현예에서, 인식 요소는 상기 전극 상에 또는 상기 막 내에 배치되어, 상기 생리학적 유체를 차지하는 내인성 또는 외인성 화학적 종에 대한 선택적 센싱 능력을 부여한다. 상기 화학적 종은 바이오마커, 화학물질, 생화학물질, 대사물, 전해질, 이온, 호르몬, 신경전달물질, 비타민, 미네랄, 약물, 치료법, 독소, 효소, 단백질, 핵산, DNA, 및 RNA 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 센싱 방식은 전기적, 화학적, 전기화학적(전압전류, 전류 측정, 전위차), 광학적, 형광분석, 색도분석, 흡광도, 방사, 전도도 측정, 임피던스(impedance), 저항, 정전용량을 포함할 수 있다. 전형적 적용 방식은 사용자-공급된 힘, 저장된 위치 에너지가 사용자에 의해 실시된 구동 작동 시에 운동 에너지로 전달되는 패키징, 및 어레이의 마이크로니들 구성요소가 각질층을 관통하고 살아있는 표피 또는 진피 내에서의 센싱을 달성하여 살아있는 표피 및 진피의 층을 차지하는 살아있는 생리학적 매질(간질액, 혈액)로부터의 적절한 분석물의 피내 분석을 용이하게 하는, 상기 마이크로니들-기반 분석물-선택적 센서를 가속화시킬 수 있는 어플리케이터에 의한 것을 포함한다. 센싱은 지속적, 준지속적, 주기적 또는 단일-샷 방식으로 달성된다. 센서 장치는, 일부 구현예에서, 연결된 무선-이용가능한 장치 예컨대 스마트폰, 스마트워치 및 치료적 전달 시스템에 대해 데이터, 측정값 또는 판독값을 중계하도록 구성된 무선 라디오를 함유한다. 다른 구현예에서, 상기 장치는 기계적으로-연결된 치료적 전달 시스템에 대해 데이터, 측정값 또는 판독값을 중계하도록 구성된 적어도 하나의 전기적 접점을 함유한다.Microneedle-based analyte-selective sensors have increased development activity in recent years and are promising for minimally-invasive quantification of a number of related analytes in physiological fluids such as interstitial fluid, dermal interstitial fluid blood, serum and plasma. indicates ability. Such a device consists of an array of at least two protrusions on a substrate, each protrusion attached to the substrate at its proximal end and extending 200 to 2000 micrometers to its distal end. At least one of said protrusions is configured to feature at least one electrode comprising a metallic, semiconducting or polymeric material, which may be further coated with one or more polymeric films. In certain embodiments, a recognition element is disposed on the electrode or within the membrane to confer selective sensing capability for endogenous or exogenous chemical species occupying the physiological fluid. The chemical species comprises at least one of biomarkers, chemicals, biochemicals, metabolites, electrolytes, ions, hormones, neurotransmitters, vitamins, minerals, drugs, therapeutics, toxins, enzymes, proteins, nucleic acids, DNA, and RNA. may include The sensing method may include electrical, chemical, electrochemical (voltage current, current measurement, potential difference), optical, fluorescence analysis, chromaticity analysis, absorbance, radiation, conductivity measurement, impedance, resistance, and capacitance. Typical modes of application include user-supplied forces, packaging in which stored potential energy is transferred to kinetic energy upon actuation actuation performed by the user, and sensing within the living epidermis or dermis where microneedle components of the array penetrate the stratum corneum. In an applicator capable of accelerating the microneedle-based analyte-selective sensor, facilitating intradermal analysis of an appropriate analyte from a living physiological medium (interstitial fluid, blood) occupying the layers of the living epidermis and dermis by achieving including by Sensing is achieved in a continuous, semi-continuous, periodic or single-shot manner. The sensor device, in some implementations, contains a wireless radio configured to relay data, measurements or readings to connected wireless-enabled devices such as smartphones, smartwatches and therapeutic delivery systems. In another embodiment, the device contains at least one electrical contact configured to relay data, measurements or readings to a mechanically-coupled therapeutic delivery system.
치료적 전달 시스템은 사용자의 생리학적 구획에 요법, 약물, 약제, 약학물 또는 활성 성분을 주입하도록 구성된다. 이러한 장치는 가장 통상적으로는 상기 요법을 위한 저장소, 상기 요법의 양 또는 투여량을 제어하기 위한 분배 메커니즘 또는 구동기, 전력원(즉, 배터리), 및 펌웨어에 프로그래밍된 내장형 제어 알고리즘을 함유하는 전기적 제어장치를 함유한다. 일부 바람직한 구현예에서, 이러한 시스템은 연결된 무선-이용가능한 장치 예컨대 스마트폰, 스마트워치 및 지속적 분석물 모니터에 대해 데이터, 측정값 또는 판독값을 중계하도록 구성된 무선 라디오를 특징으로 한다. 치료적 전달 시스템의 구현예는, 요법의 피하 전달을 위해 펌프 및 캐뉼라 모두를 통합하는 피부-착용 통합 패치 펌프를 포함한다. 다른 구현예에서, 상기 치료적 전달 시스템은 비피부 착용(non-skin worn) 펌프 및 피부-장식(skin-adorned) 주입 세트를 함유한다. 인슐린 펌프, 제어 알고리즘, 및 지속적 글루코오스 모니터와의 데이터 인터페이스 방법으로 구성된 지속적 피하 인슐린 주입 (CSII) 및 자동 인슐린 전달 (AID) 시스템은, 혈당 변동에 대응하고, 목표 혈당 범위내 시간(time-in-range)으로도 알려진 정상혈당에서의 사용자의 시간을 최대화하기 위하여 인슐린의 전달을 자동화하는 것을 목표로 하는 폐루프 작동에 대한 가능성으로 인해, 이 영역에서 개발 활동의 최전선에 있어왔다.A therapeutic delivery system is configured to inject a therapy, drug, medicament, pharmaceutical, or active ingredient into a physiological compartment of a user. Such devices most typically contain a reservoir for the therapy, a dispensing mechanism or actuator to control the amount or dosage of the therapy, a power source (ie, a battery), and an electrical control containing a built-in control algorithm programmed in firmware. contains the device. In some preferred embodiments, such systems feature a wireless radio configured to relay data, measurements or readings to connected wireless-enabled devices such as smartphones, smartwatches and persistent analyte monitors. Embodiments of the therapeutic delivery system include a skin-worn integrated patch pump that incorporates both a pump and a cannula for subcutaneous delivery of therapy. In another embodiment, the therapeutic delivery system contains a non-skin worn pump and a skin-adorned infusion set. A continuous subcutaneous insulin infusion (CSII) and automatic insulin delivery (AID) system comprising an insulin pump, a control algorithm, and a data interface method with a continuous glucose monitor, responds to blood glucose fluctuations and time-in- Due to the potential for closed-loop operation aimed at automating the delivery of insulin to maximize the user's time in normoglycemia, also known as range), it has been at the forefront of development activities in this area.
지속적 분석물 센서에 의해 제공된 데이터 입력값을 기반으로 하는 치료적 전달 시스템을 통해 요법의 전달을 조정하도록 고안된 제어 알고리즘은, 그 투여량이 병태생리학적 상태에 대응하도록 제어되는 치료적 개입의 자동 전달을 가능하게 한다. 기저 속도(basal rate) 전달은 치료적 전달의 고정된 시간 속도를 수반하는 한편, 적어도 하나의 분석물을 측정하는 능력은 효과적인 피드백 방법을 제공하므로, 완전 자율적 폐루프 요법에 적합하다. 구체적으로, 분석물 센서는 지속적 글루코오스 모니터를 포함할 수 있고, 치료적 전달 시스템은 지속적 피하 인슐린 주입(CSII) 시스템을 구성할 수 있다. 지속적 글루코오스 모니터는 피부 아래의 글루코오스를 측정하도록 구성되며, CSII 시스템은 주입 세트와 쌍을 이루는 펌프를 포함하거나 다르게는 피부-접착된 패치(또한 무튜브 펌프로 공지됨)에 통합되고 처방된 투여량의 인슐린을 전달하도록 구성된다. CSII, 지속적 글루코오스 모니터, 또는 무선-페어링된 장치 내에 존재하는 제어 알고리즘은 상기 지속적 글루코오스 모니터로부터의 판독값을 기반으로 병태생리학적 상태에 대응하고 바람직하게는 정상혈당 범위(70 - 180 mg/dL) 내에서의 엄격한 혈당 조절을 달성하기 위해 필요한 요법의 투여량을 계산한다. 상기 제어 알고리즘은 제어된 프로세스 변수(즉, 지속적 글루코오스 모니터에 의한 글루코오스 수준)를 모니터링하고, 이를 기준 또는 설정점(즉, 정상혈당 범위 내의 글루코오스 수준)과 비교하도록 고안된다. 오류 신호 또는 SP-PV 오류로 칭해지는, 프로세스 변수의 실제 값과 원하는 값 사이의 차이는, 피드백으로서 적용되어, 제어된 프로세스 변수를 설정점과 동일한 값으로 가져오는 제어 작동을 발생시킨다. 다른 말로는, 제어 알고리즘의 주요 목적은 오류 신호의 최소화이다. 시스템은 폐루프 제어(즉, 제어장치로부터의 제어 작동은 프로세스 변수의 값의 형태로 프로세스로부터의 피드백에 의존함) 또는 개루프(open-loop) 제어(즉, 제어장치로부터의 제어 작동은 프로세스 출력값에 독립적임) 하에 작동할 수 있다. 다양한 구현예에서, 피드백 또는 네거티브 피드백은 사용되지 않을 수 있다. 네거티브 피드백은 불안정한 프로세스가 안정화될 수 있고, 매개변수 변화에 대한 민감성을 감소시키고, 설정점 성능을 개선시킨다는 이점을 갖는다. 바람직한 구현예에서, 제어 알고리즘은 CSII 시스템 내에 내장된 메모리 또는 프로세서에 존재한다. 전형적으로, 제어 알고리즘(프로세서 또는 메모리에 존재함)은, 사용자에 의해 수동으로 입력되거나(예컨대 손가락-스틱(finger-stick) 혈액 샘플로부터), 지속적 글루코오스 모니터로부터 스트리밍된(일반적으로 무선으로, 그러나 프로세서는 단일 장치에 공동-배치된 직접적 전기적 연결을 가질 수 있음) 글루코오스 데이터를 입력값으로서 받는다.A control algorithm designed to coordinate delivery of therapy through a therapeutic delivery system based on data input provided by a persistent analyte sensor provides automatic delivery of a therapeutic intervention whose dosage is controlled to correspond to a pathophysiological condition. make it possible While basal rate delivery involves a fixed time rate of therapeutic delivery, the ability to measure at least one analyte provides an effective feedback method, making it suitable for fully autonomous closed-loop therapy. Specifically, the analyte sensor may comprise a continuous glucose monitor and the therapeutic delivery system may constitute a continuous subcutaneous insulin infusion (CSII) system. The continuous glucose monitor is configured to measure glucose under the skin, the CSII system comprising a pump paired with an infusion set or otherwise integrated into a skin-adhesive patch (also known as a tubeless pump) and prescribed dosage is configured to deliver insulin. A control algorithm present within the CSII, persistent glucose monitor, or radio-paired device responds to a pathophysiological condition based on readings from the continuous glucose monitor, preferably in the normoglycemic range (70 - 180 mg/dL). Calculate the dosage of therapy needed to achieve tight glycemic control in The control algorithm is designed to monitor a controlled process variable (ie, glucose level with a continuous glucose monitor) and compare it to a baseline or setpoint (ie, glucose level within the normoglycemic range). The difference between the actual value and the desired value of the process variable, referred to as the error signal or SP-PV error, is applied as feedback to generate a control action that brings the controlled process variable to a value equal to the set point. In other words, the main purpose of the control algorithm is to minimize the error signal. The system is capable of either closed-loop control (i.e., the control action from the controller relies on feedback from the process in the form of the value of the process variable) or open-loop control (i.e. the control action from the controller is the process independent of the output value). In various implementations, no feedback or negative feedback may be used. Negative feedback has the advantage that unstable processes can be stabilized, reduce sensitivity to parameter changes, and improve set-point performance. In a preferred embodiment, the control algorithm resides in a memory or processor embedded within the CSII system. Typically, the control algorithm (resident in the processor or memory) is either entered manually by the user (eg from a finger-stick blood sample) or streamed from a persistent glucose monitor (usually wirelessly, but The processor may have a direct electrical connection co-located in a single device) and receives glucose data as input.
예시적 폐루프 제어장치 아키텍처는 비례-적분-미분(PID) 제어장치이다. 다른 예시적 시스템과 마찬가지로, PID 제어장치는 시스템 함수 또는 네트워크 함수로 또한 공지되어 있는 전달 함수를 광범위하게 사용하는데, 이는 시스템의 입력값과 출력값 사이의 관계의 수학적 모델(즉, 시간- 또는 프로세스-종속적 방정식의 세트)로 구성된다. 제어 알고리즘의 또다른 구현예는 비례-적분-미분, 모델 예측 제어, 퍼지 논리 및 안전 감독 설계 중 적어도 하나로 구성될 수 있다(문헌[Ann. NY Acad. Sci. 2014 Apr:1311:102-23]).An exemplary closed loop controller architecture is a proportional-integral-derivative (PID) controller. Like other exemplary systems, the PID controller makes extensive use of transfer functions, also known as system functions or network functions, which are mathematical models of the relationship between the input and output values of the system (i.e., time- or process- set of dependent equations). Another implementation of the control algorithm may consist of at least one of proportional-integral-derivative, model predictive control, fuzzy logic and safety supervision design (Ann. NY Acad. Sci. 2014 Apr:1311:102-23). ).
본 발명은, 두 작동 모두가 인근 공간에서 수행될 때 발생하는 혼선, 간섭, 오염 및/또는 희석과 연관된 문제를 회피하기 위해, 단일 착용형 장치를 사용하여, 별개의 생리학적 구획에서, 분석물 또는 복수의 분석물들을 센싱하고, 수반되는 치료적 개입 또는 복수의 치료적 개입들을 전달하기 위한 장치 및 방법을 교시한다. 단일 착용형 장치는 착용자의 피부에 쉽게 적용되도록 구성되고, 상기 착용자의 살아있는 표피 또는 진피에서의 센싱 루틴(routine)에 관여한다. 치료적 개입의 전달 또는 주입은, 더 깊고 해부학적으로 별도의 및 별개의 피하 지방 조직 층으로 향한다. 구현예는 착용자가 상기 분석물 또는 복수의 분석물들의 수준을 기반으로 상기 치료적 개입의 투여량을 조정하는 개루프 시스템, 및 제어 알고리즘이 치료적 개입 또는 복수의 치료적 개입들의 투여량을 자동으로 조정하는 폐루프 시스템을 포함할 수 있다.The present invention provides an analyte in separate physiological compartments, using a single wearable device, to avoid the problems associated with crosstalk, interference, contamination and/or dilution that occur when both operations are performed in an adjacent space. or devices and methods for sensing a plurality of analytes and delivering a concomitant therapeutic intervention or a plurality of therapeutic interventions. The single wearable device is configured to be easily applied to the skin of a wearer and engages in a sensing routine in the living epidermis or dermis of the wearer. Delivery or infusion of a therapeutic intervention is directed to a deeper, anatomically separate and distinct subcutaneous adipose tissue layer. An embodiment provides an open loop system in which a wearer adjusts the dosage of the therapeutic intervention based on the level of the analyte or plurality of analytes, and a control algorithm automatically administers the dosage of the therapeutic intervention or plurality of therapeutic interventions. It may include a closed-loop system that adjusts to
용액-상 치료제(즉, 인슐린)의 전달을 위해 구성된 현재의 바늘- 및 캐뉼라-기반 주입 시스템은, 흔히 분석물(즉, 글루코오스)의 지속적 정량화를 위해 구성된 바늘- 및 캐뉼라-기반 센서 시스템과 쌍을 이룬다. 비록 상기 시스템이 조화롭게 작동하고 동일한 생리학적 구획, 예컨대 조직의 피하 지방층에서 작동하도록 구성되기는 하지만, 두 시스템 모두는 단일 착용형 장치 내의 공동-배치에는 잘 받아들여지지는 않는다. 비록 부분적으로는 이것이 단일 통합 장치에 물리적으로 부착된 2개의 캐뉼라의 삽입과 연관된 문제로 인한 것이긴 하지만, 주요 문제는 두 시스템 모두가 매우 근접하여 작동하는 동안 격리의 결여로 인해 발생한다. 즉, 원치 않는 화학적 상호작용이 주어진 생리학적 구획에 공존되는 분석물 센서 장치 및 치료적 전달 장치의 동시 작동의 시나리오에서 발생할 가능성이 높고; 이 중 원치 않는 효과는 혼선, 간섭, 오염 및 국소 희석이고, 이는 특정 정도의 선택성, 감도, 안정성 및 반응 시간으로 원하는 분석물을 정량화하는 센서의 능력에 직접적으로 영향을 미친다. 예로서, 흔히 인슐린 펌프에서 사용되는 인슐린 액체 제형은 보존제로서 m-크레졸 및 메틸 p-히드록시벤조에이트를 포함한다.1 비록 두 화합물 모두가 연장된 저장 기간에 걸쳐 그리고 유의한 온도 변동의 결과로 인슐린의 활성을 보존하는데 효과적이기는 하지만, 이러한 물질은 전기 활성이고, 글루코오스의 동시 전기화학적 검출을 방해한다. 따라서, 글루코오스를 정확하게 측정하기 위해서, 인슐린의 전달은 센서와 공간적으로 격리되어야 하고; 이러한 공간적 격리는 단일 착용형 장치에 대한 센싱 및 치료적 방식 모두의 통합을 비현실적으로 만든다. 또한, 단일 착용형 장치에의 분석물 센싱 및 치료적 전달 컨틴전트 모두의 공동-배치는, 동시에 또는 연속한 2개의 캐뉼라의 이식과 연관된 어려움으로 인해 적용에 관하여 주목할만한 과제를 제시하였다. 종합하면, 착용자 편의 및 단순성을 위해 단일 착용형 장치에 분석물 센서 및 치료적 전달 방식 모두를 통합하려는 강력한 동기가 존재한다. 이는 특히 인슐린-의존적 진성 당뇨병의 더 효과적인 관리에 대해 상당한 유망성을 갖는 자동 인슐린 전달의 현재의 과제에 의해 주도된다. 오늘날, 현재의 설계 구현으로 인해, 분석물 센싱 및 치료적 전달 방식 모두는 다르게는 피하조직(subcutis), 하부-진피 또는 하피(hypodermis)로 공지된 피하 지방 조직에서 작동하도록 구성된다. 단일 착용형 장치에의 두 시스템 모두의 공동-배치가 바람직한 경우, 핵심 과제(모두 격리된 방식으로 작동할 수 있도록 분석물-센싱 및 치료적 전달 방식의 충분한 공간적 분리(즉, 시스템이 다른 컨틴전트에서 실행되는 루틴에 의해 영향을 받지 않고 남아 있음))가 발생한다. 또한 비록 정도는 적지만, 강력한 폼-팩터(form-factor)를 갖는 단일 착용형 장치에의 분석물 센싱 및 치료적 전달 시스템 모두의 공동-배치는, 특히 두 시스템 모두의 마크로-스케일 특징 및 패키징, 제어 전자장치 및 하드웨어에 대한 그 자체의 고유한 요건으로 인해, 특정 통합 과제에 직면해 있다.Current needle- and cannula-based infusion systems configured for delivery of solution-phase therapeutic agents (ie, insulin) are often paired with needle- and cannula-based sensor systems configured for continuous quantification of analytes (ie, glucose). make up Although the systems work harmoniously and are configured to operate in the same physiological compartment, such as the subcutaneous fat layer of tissue, neither system is well tolerated for co-deployment within a single wearable device. Although in part this is due to problems associated with the insertion of two cannulas physically attached to a single integrated device, the main problem arises from the lack of isolation while both systems operate in close proximity. That is, undesired chemical interactions are more likely to occur in the scenario of simultaneous operation of an analyte sensor device and a therapeutic delivery device coexisting in a given physiological compartment; Among these unwanted effects are crosstalk, interference, contamination and local dilution, which directly affect the ability of the sensor to quantify the desired analyte with a certain degree of selectivity, sensitivity, stability and response time. For example, liquid insulin formulations often used in insulin pumps contain m -cresol and methyl p -hydroxybenzoate as preservatives. 1 Although both compounds are effective in preserving the activity of insulin over extended storage periods and as a result of significant temperature fluctuations, these substances are electroactive and prevent simultaneous electrochemical detection of glucose. Therefore, in order to measure glucose accurately, the delivery of insulin must be spatially isolated from the sensor; This spatial isolation makes the integration of both sensing and therapeutic modalities into a single wearable device impractical. In addition, the co-deployment of both analyte sensing and therapeutic delivery agents in a single wearable device presents a notable challenge for application due to the difficulties associated with implantation of two cannulas simultaneously or in succession. Taken together, there is a strong incentive to integrate both analyte sensors and therapeutic delivery modalities in a single wearable device for wearer convenience and simplicity. This is driven especially by the current challenge of automatic insulin delivery, which has great promise for more effective management of insulin-dependent diabetes mellitus. Today, due to current design implementations, both analyte sensing and therapeutic delivery modalities are configured to operate in subcutaneous adipose tissue, otherwise known as the subcutis, sub-dermis or hypodermis. If co-deployment of both systems on a single wearable device is desired, a key challenge is (i.e., sufficient spatial separation of analyte-sensing and therapeutic delivery modalities so that they can both operate in an isolated manner (i.e., if the system remains unaffected by routines executed in )). Also, to a lesser extent, the co-deployment of both analyte sensing and therapeutic delivery systems in a single wearable device with a robust form-factor, particularly the macro-scale features and packaging of both systems, , because of its unique requirements for control electronics and hardware, it faces certain integration challenges.
착용형 분석물 센서(예컨대 지속적 글루코오스 모니터)는 높은 정확도로 선택적 방식으로 분석물 또는 복수의 분석물들을 센싱하도록 구성되는 감응성 전기화학적 시스템이다. 많은 경우에, 센서는 검출 프로세스를 방해하는 다른 내인성 분석물을 배제하도록 구성될 수 있으나, 상기 센서 근처에서 평형 조건의 동요(예컨대 주입으로부터 상승되는 것)는, 다수의 외인성 치료제가 상기 분석물의 정량화를 직접 방해할 수 있다는 것은 말할 것도 없이, 제자리에서(in situ) 분석물의 수준을 반영하지 않는 잘못된 판독을 일으킬 수 있다. 본 발명은, 측면으로 보다는 횡방향으로 분리되는 별개의 생리학적 구획(피부층)에서 분석물 센싱 및 치료적 전달 루틴의 분리를 용이하게 함으로써 동일한 생리학적 구획에서 동일한 신체 장착형 장치에의 분석물 센싱 및 치료적 전달 방식 모두의 공동-배치의 문제를 다룬다. 혁신은 치료 용액에 매우 근접하여 작동되는 분석물-선택적 센서에서 후속적 및 원치 않는 반응을 야기하지 않고서 치료적 처리의 전달을 용이하게 하는 대안적 접근을 나타내고; 이는 심지어 두 방식 모두가 동일한 인근 측면 공간에, 예컨대 단일 착용형 장치 내에 배치되는 시나리오에서도 비유사 생리학적 구획에 센싱 및 전달 컨틴전트 모두를 배치함으로써 달성된다. 본 발명에서 분석물 센서의 예시적 구현예는, 피부의 살아있는 표피 또는 진피 층에서 적어도 하나의 분석물을 센싱하도록 구성된 마이크로니들 또는 마이크로니들 어레이, 및 치료적 개입 예컨대 용액-상 약물, 약리학적, 생물학적, 또는 약제 중 적어도 하나를 피하 지방 조직 층에 전달하도록 구성된 캐뉼라-기반 주입 세트 또는 패치 펌프를 구성한다. 다양한 구현예에서 2개의 컨틴전트들(패치 펌프 또는 캐뉼라-기반 주입 세트에 통합된 분석물 센서) 사이의 횡방향 분리는 2 mm 내지 50 mm의 범위, 가장 바람직하게는 5 mm 내지 25 mm의 범위일 수 있다. 두 생리학적 구획 모두는 검출되는 분석물의 혼선, 간섭, 오염, 및 국소 희석의 발생 가능성을 완화시키도록 충분히 격리되는 것으로 기대된다.A wearable analyte sensor (eg, a persistent glucose monitor) is a sensitive electrochemical system configured to sense an analyte or a plurality of analytes in a selective manner with high accuracy. In many cases, the sensor can be configured to exclude other endogenous analytes that interfere with the detection process, however, fluctuations in equilibrium conditions in the vicinity of the sensor (eg, rising from infusion) cause multiple exogenous therapeutic agents to quantify the analyte. It can lead to erroneous readings that do not reflect the level of the analyte in situ, not to mention that it can directly interfere with The present invention facilitates the separation of analyte sensing and therapeutic delivery routines in separate physiological compartments (skin layers) that are separated laterally rather than laterally, thereby providing analyte sensing and analyte sensing to the same body-mounted device in the same physiological compartment and Addresses the issue of co-location of both modalities of therapeutic delivery. The innovation represents an alternative approach that facilitates delivery of a therapeutic treatment without causing subsequent and unwanted responses in analyte-selective sensors operated in close proximity to the therapeutic solution; This is achieved by placing both sensing and delivery agents in dissimilar physiological compartments, even in scenarios where both approaches are deployed in the same adjacent lateral space, such as within a single wearable device. Exemplary embodiments of analyte sensors in the present invention include microneedles or microneedle arrays configured to sense at least one analyte in a living epidermal or dermal layer of skin, and therapeutic interventions such as solution-phase drugs, pharmacological, A cannula-based infusion set or patch pump configured to deliver at least one of a biological, or a medicament, to the subcutaneous adipose tissue layer. In various embodiments the lateral separation between the two agents (analyte sensor integrated in a patch pump or cannula-based infusion set) is in the range of 2 mm to 50 mm, most preferably in the range of 5 mm to 25 mm. can be Both physiological compartments are expected to be sufficiently isolated to mitigate the potential for cross-talk, interference, contamination, and local dilution of the analyte being detected.
도 5a는 주입 세트(500)에의 마이크로니들 어레이-기반 분석물-선택적 센서(20)의 통합의 예시이다.5A is an illustration of integration of a microneedle array-based analyte-
도 5b, 도 6a 및 도 6b는 패치 펌프(525)에의 마이크로니들 어레이-기반 분석물-선택적 센서(20)의 통합을 예시한다. 도 6c는 마이크로니들 어레이-기반 분석물-선택적 센서(20) 및 마이크로니들(25)을 예시한다.5B , 6A and 6B illustrate integration of a microneedle array-based analyte-
본원에 개시된 기술은 분석물 센서 시스템 및 치료적 전달 시스템을 병치하여, 둘 사이의 최소 공간 분리를 유지하면서도 상이한 생리학적 구획에서 작동한다. 이는 착용자의 살아있는 표피 또는 진피에 분석물 센서를 제공함으로써 달성되고, 이로써 시스템은 그 안에 존재하는 분석물 또는 복수의 분석물들을 정량화하도록 구성된다. 반대로, 치료적 전달 시스템은 피하 영역에 제공된다. 센싱 루틴을 살아있는 표피 또는 진피에 그리고 전달 루틴을 피하 지방 조직에 국한시키는 센싱 및 전달 방식 모두의 횡방향 분리는, 둘 다 주어진 생리학적 구획에서 공동-배치되어야 하는, 두 루틴 모두의 격리를 가능하게 하므로, 검출되는 분석물의 혼선, 간섭, 오염, 및 국소 희석의 발생 가능성을 완화시킨다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 시스템은 요법이 사용자에 의해 실시되고 상기 센서로부터의 측정값에 의해 안내되는 개루프 패러다임 하에 기능할 수 있다. 대안적으로, 시스템은 센서 판독값 또는 복수의 판독값들에 반응하여 치료적 개입을 자동으로 전달하기 위한 제어 알고리즘을 특징으로 할 수 있다. 이러한 패러다임은 당뇨병 관리 및 특히 집중적 인슐린 요법을 받고 있는 사람들에게 깊은 영향을 가질 것으로 기대된다.The technology disclosed herein juxtaposes an analyte sensor system and a therapeutic delivery system, operating in different physiological compartments while maintaining minimal spatial separation between the two. This is accomplished by providing an analyte sensor in the living epidermis or dermis of the wearer, whereby the system is configured to quantify the analyte or plurality of analytes present therein. Conversely, the therapeutic delivery system is provided in the subcutaneous region. The lateral separation of both sensing and delivery modalities, confining the sensing routine to the living epidermis or dermis and the delivery routine to subcutaneous adipose tissue, enables the isolation of both routines, which must both be co-located in a given physiological compartment. Thus, the possibility of occurrence of crosstalk, interference, contamination, and local dilution of the detected analyte is mitigated. In a preferred embodiment of the present invention, the system can function under an open loop paradigm in which therapy is administered by the user and guided by measurements from said sensors. Alternatively, the system may feature a control algorithm for automatically delivering a therapeutic intervention in response to a sensor reading or plurality of readings. This paradigm is expected to have profound implications for diabetes management and especially for those undergoing intensive insulin therapy.
본 발명의 개루프 구현예는 센서 및 주입 서브-시스템(sub-system)을 통합하는 시스템을 포함하고, 치료적 개입의 전달을 실시하기 위한 사용자의 조치를 필요로 한다. 시스템은 바람직하게는 분석물이 검출되는 영역과 물리적으로-별개의 구획에 센서 및 치료제를 전달하기 위한 주입 서브-시스템 모두를 편입(incorporating)시킬 수 있는 착용형 장치이다. 센서는 바람직하게는 살아있는 표피 또는 진피 내에 배치된 적어도 하나의 분석물의 수준을 선택적으로 정량화하도록 구성된, 200 내지 2000 μm의 수직 크기를 갖는, 복수의 마이크로니들이다. 도 3은 10센트 동전(dime)(301) 및 바늘(305)과 비교하여 마이크로니들 어레이 센서(325)를 예시한다. 센서는 피부의 하나의 별개의 층, 예를 들어 살아있는 표피 또는 진피에서 분석물을 측정하도록 고안된다. 주입 서브-시스템은 피부의 상이한 및 물리적으로 별개의 층, 예를 들어 피하 지방 조직에 치료제를 전달하도록 고안된다. 주입 서브-시스템은 바람직하게는 정맥 주사선, 피하주사 바늘, 주입 캐뉼라 또는 경구 전달 경로를 통해 피하 지방층, 순환계(정맥, 동맥 또는 모세혈관), 또는 근조직에 용액-상 치료제의 주입을 제공하도록 구성된 유체 전달 장치이다. 치료제는 바람직하게는 용액-상 약물, 약리학적, 생물학적, 또는 약제이다. 센서는 의료용 접착제로 피부에 접착되고 중공 플라스틱 튜브에 의해 인슐린 펌프에 부착된 인슐린 주입 캐뉼라 세트의 하부에 편입될 수 있다. 대안적으로, 센서는 의료용 접착제로 피부에 접착된 인슐린 패치 펌프의 하부에 편입될 수 있다.An open loop embodiment of the present invention includes a system that integrates a sensor and an infusion sub-system, and requires user action to effect delivery of a therapeutic intervention. The system is preferably a wearable device capable of incorporating both an injection sub-system for delivery of the sensor and therapeutic agent in a compartment physically-separate from the region where the analyte is to be detected. The sensor is preferably a plurality of microneedles, having a vertical dimension of 200 to 2000 μm, configured to selectively quantify the level of at least one analyte disposed within the living epidermis or dermis. 3 illustrates a
본 발명의 폐루프 구현예는 센서 및 주입 서브-시스템을 통합하는 시스템을 포함하고, 치료적 개입의 전달을 실시하기 위한 제어 알고리즘을 사용한다. 시스템은 바람직하게는 센서, 및 분석물이 검출되는 영역과 물리적으로-별개의 구획에 치료제를 전달하기 위한 주입 서브-시스템 모두를 편입시킬 수 있는, 제어 알고리즘을 갖는 착용형 장치이다. 센서는 바람직하게는 살아있는 표피 또는 진피 내에 배치된 적어도 하나의 분석물의 수준을 선택적으로 정량화하도록 구성된, 200 내지 2000 μm의 수직 크기를 갖는, 복수의 마이크로니들이다. 센서는 피부의 하나의 별개의 층, 예를 들어 살아있는 표피 또는 진피에서 분석물을 측정하도록 고안된다. 주입 서브-시스템은 피부의 상이한 및 물리적으로 별개의 층, 예를 들어 피하 지방 조직에 치료제를 전달하도록 고안된다. 주입 서브-시스템은 바람직하게는 정맥 주사선, 피하주사 바늘, 주입 캐뉼라 또는 경구 전달 경로를 통해 피하 지방층, 순환계(정맥, 동맥 또는 모세혈관), 또는 근조직에 용액-상 치료제의 주입을 제공하도록 구성된 유체 전달 장치이다. 치료제는 바람직하게는 용액-상 약물, 약리학적, 생물학적, 또는 약제이다. 센서는 의료용 접착제로 피부에 접착되고 중공 플라스틱 튜브에 의해 인슐린 펌프에 부착된 인슐린 주입 캐뉼라 세트의 하부에 편입될 수 있다. 대안적으로, 센서는 의료용 접착제로 피부에 접착된 인슐린 패치 펌프의 하부에 편입될 수 있다. 요법은 알고리즘에 의해 제어될 수 있는 분석물의 측정값에 반응하는 치료제의 투여량 프로파일로서 정의된다. 제어 알고리즘은 바람직하게는 사용자로부터의 또는 마이크로니들 어레이 분석물-선택적 센서에 의해 기록된 측정값으로부터의 입력값을 기반으로, 전달되는 양, 전달 기간, 및/또는 전달 빈도를 제어하는 것에 의해, 치료제의 투여량을 제어하기 위해 하나 이상의 수학적 변환을 사용하는 소프트웨어 또는 펌웨어 루틴이다. 수학적 변환은 사용자에 의해 제공되거나 다른 곳으로부터 자동으로 통합되는 추가 입력값을 사용할 수 있다.A closed loop embodiment of the present invention includes a system that integrates a sensor and an infusion sub-system, and uses a control algorithm to effect delivery of a therapeutic intervention. The system is preferably a wearable device having a control algorithm that can incorporate both a sensor and an injection sub-system for delivering the therapeutic to a compartment physically-separate from the area where the analyte is detected. The sensor is preferably a plurality of microneedles, having a vertical dimension of 200 to 2000 μm, configured to selectively quantify the level of at least one analyte disposed within the living epidermis or dermis. The sensor is designed to measure an analyte in one distinct layer of skin, for example the living epidermis or dermis. The infusion sub-system is designed to deliver therapeutic agents to different and physically distinct layers of the skin, eg, subcutaneous adipose tissue. The infusion sub-system is preferably a fluid configured to provide infusion of a solution-phase therapeutic agent into the subcutaneous fat layer, the circulatory system (venous, arterial or capillary), or muscle tissue via an intravenous line, hypodermic needle, infusion cannula, or oral delivery route. It is a transmission device. The therapeutic agent is preferably a solution-phase drug, pharmacological, biological, or pharmaceutical. The sensor may be incorporated into the underside of a set of insulin infusion cannulaes that are adhered to the skin with a medical adhesive and attached to an insulin pump by a hollow plastic tube. Alternatively, the sensor may be incorporated into the underside of an insulin patch pump that is adhered to the skin with a medical adhesive. A regimen is defined as a dosage profile of a therapeutic agent in response to a measure of the analyte that can be controlled by an algorithm. The control algorithm, preferably based on input from the user or from measurements recorded by the microneedle array analyte-selective sensor, by controlling the amount delivered, the duration of delivery, and/or the frequency of delivery, A software or firmware routine that uses one or more mathematical transformations to control the dosage of a therapeutic agent. Mathematical transformations can use additional inputs provided by the user or automatically incorporated from elsewhere.
도 7은 본 발명의 개루프 구현예의 주요 방법 단계를 예시하는 블록/프로세스 흐름도이다. 개루프 구현예를 수행하기 위한 방법 700은 살아있는 표피 또는 진피에서 분석물 또는 복수의 분석물들의 측정값을 기록하는 마이크로니들 어레이 분석물-선택적 센서가 있는 블록 701에서 시작한다. 살아있는 표피 또는 진피 내에서 분석물의 순환 수준은 센서에 의해 정량화된다. 다음으로, 블록 702에서, 마이크로니들 어레이 분석물-선택적 센서로부터의 측정값 또는 측정값들은 사용자에게 디스플레이된다. 사용자는 디스플레이 또는 인터페이스에서 분석물 또는 복수의 분석물들의 순환 수준의 판독값을 받는다. 대안적으로, 사용자는 분석물 또는 복수의 분석물들의 순환 수준이 사전-정의된 기준 또는 값의 범위를 넘어 확장된다는 알림을 받는다. 다음으로, 블록 703에서, 사용자는 필요에 따라 치료제 또는 복수의 치료제들의 투여량을 조정한다. 사용자는 센서에 의해 제공된 분석물 또는 복수의 분석물들의 측정값을 기반으로 요법의 양, 기간 또는 주입 빈도를 조작한다. 다음으로, 블록 704에서, 치료제 또는 복수의 치료제들은 치료적 전달 메커니즘에 의해 피하 지방층, 순환계(정맥, 동맥 또는 모세혈관), 근조직 또는 경구 전달 경로에 투여된다. 요법은 주입 서브-시스템을 통해 사용자에게 전달되고, 센서로부터의 측정값 또는 측정값들을 고려한 사용자의 투여량 결정을 기반으로 한다.7 is a block/process flow diagram illustrating the main method steps of an open loop implementation of the present invention. A
도 8은 본 발명의 폐루프 구현예의 주요 방법 단계를 예시하는 블록/프로세스 흐름도이다. 폐루프 구현예를 수행하기 위한 방법 800은 살아있는 표피 또는 진피에서 분석물 또는 복수의 분석물들의 측정값을 기록하는 마이크로니들 어레이 분석물-선택적 센서가 있는 블록 801에서 시작한다. 살아있는 표피 또는 진피 내에서 분석물의 순환 수준은 센서에 의해 정량화된다. 다음으로, 블록 802에서, 마이크로니들 어레이 분석물-선택적 센서로부터의 측정값 또는 측정값들은 제어 알고리즘에 입력되고; 임의로는 측정값 또는 측정값들은 사용자에게 디스플레이된다. 현재 및 임의로는 과거에 저장된 측정값은 알고리즘에의 입력값 또는 입력값들로서 사용된다. 대안적으로, 사용자는 또한 디스플레이 또는 인터페이스에서 분석물 또는 복수의 분석물들의 순환 수준의 판독값을 받는다. 대안적으로, 사용자는 분석물 또는 복수의 분석물들의 순환 수준이 사전-정의된 기준 또는 값의 범위를 넘어 확장된다는 알림을 받는다. 다음으로, 블록 803에서, 제어 알고리즘은 필요에 따라, 프로그래밍된 수학적 변환을 기반으로 치료제 또는 복수의 치료제들의 투여량을 조정한다. 알고리즘은 자동으로 센서에 의해 제공된 분석물 또는 복수의 분석물들의 측정값을 기반으로 요법의 양, 기간 또는 주입 빈도를 조작한다. 다음으로, 블록 804에서, 치료제 또는 복수의 치료제들은 치료적 전달 메커니즘에 의해 피하 지방층, 순환계(정맥, 동맥 또는 모세혈관), 근조직 또는 경구 전달 경로에 투여된다. 요법은 주입 서브-시스템을 통해 사용자에게 전달되고, 알고리즘의 출력값을 고려한 투여량 결정을 기반으로 한다.8 is a block/process flow diagram illustrating the main method steps of a closed loop implementation of the present invention. A
살아있는 표피 또는 진피 내에서 분석물 또는 복수의 분석물들의 순환 수준의 입력값은, 특정 생리학적 또는 대사성 상태를 나타내는, 살아있는 표피 또는 진피에서의 내인성 또는 외인성 생화학적 작용제, 대사물, 약물, 약리학적, 생물학적, 또는 약제이다.An input of the circulating level of an analyte or a plurality of analytes in the living epidermis or dermis may be an endogenous or exogenous biochemical agent, metabolite, drug, pharmacological agent in the living epidermis or dermis, indicative of a particular physiological or metabolic state. , biological, or pharmaceutical.
출력값은 순환계(정맥, 동맥 또는 모세혈관), 근조직 또는 경구 전달 경로에의 치료제 또는 복수의 치료제의 투여이다. 센서에 의해 제공된 측정값은 주입 서브-시스템에 의한 요법의 방출을 실시하는데 사용된다. 개루프 구현예에서, 요법의 전달은 사용자에 의해 제어된다. 폐루프 구현예에서, 알고리즘은 요법의 투여량, 기간 및 빈도를 제어하는데 사용된다.The output is the administration of a therapeutic agent or multiple therapeutic agents to the circulatory system (venous, arterial or capillary), muscle tissue, or oral route of delivery. Measurements provided by the sensor are used to effect release of therapy by the infusion sub-system. In an open loop embodiment, delivery of therapy is controlled by the user. In a closed loop embodiment, an algorithm is used to control the dosage, duration and frequency of therapy.
도 9는 개루프 구현예 하의 본 발명의 입력, 출력 및 주요 구성요소를 예시하는 블록/프로세스 흐름도 900이다. 블록 901에서, 분석물 또는 분석물들의 순환 수준은 진피 내에 있다. 블록 902에서, 센서는 분석물들을 측정한다. 블록 903에서, 사용자는 필요에 따라, 치료제 또는 복수의 치료제들의 투여량을 조정한다. 사용자(903)는 센서에 의해 제공된 분석물 또는 복수의 분석물들의 측정값을 기반으로 요법의 양, 기간 또는 주입 빈도를 조작한다(904). 블록 905에서, 치료제 또는 복수의 치료제들은 치료적 전달 메커니즘에 의해 피하 지방층, 순환계(정맥, 동맥 또는 모세혈관), 근조직 또는 경구 전달 경로에 투여된다. 요법은 주입 서브-시스템을 통해 사용자에게 전달되고, 센서로부터의 측정값 또는 측정값들을 고려한 사용자의 투여량 결정을 기반으로 한다.9 is a block/process flow diagram 900 illustrating the input, output and key components of the present invention under an open loop implementation. At
도 10은 폐루프 구현예 하의 본 발명의 입력, 출력 및 주요 구성요소를 예시하는 블록/프로세스 흐름도 1000이다. 블록 1001에서, 분석물 또는 분석물들의 순환 수준은 진피 내에 있다. 블록 1002에서, 센서는 분석물들을 측정한다. 제어 알고리즘(1003)은 필요에 따라, 프로그래밍된 수학적 변환을 기반으로 치료제 또는 복수의 치료제들의 투여량을 조정한다. 알고리즘은 센서에 의해 제공된 분석물 또는 복수의 분석물들의 측정값을 기반으로 요법의 양, 기간 또는 주입 빈도를 자동으로 조작한다(1004). 다음으로, 블록 1005에서, 치료제 또는 복수의 치료제들은 치료적 전달 메커니즘에 의해 피하 지방층, 순환계(정맥, 동맥 또는 모세혈관), 근조직 또는 경구 전달 경로에 투여된다. 요법은 주입 서브-시스템을 통해 사용자에게 전달되고, 알고리즘의 출력값을 고려한 투여량 결정을 기반으로 한다.Figure 10 is a block/process flow diagram 1000 illustrating the input, output and key components of the present invention under a closed loop implementation. At
도 13 내지 도 15는 하부 표면(1310)에 완전 통합된 마이크로어레이 센서(20)를 갖는 바디(1305)를 갖는 인슐린 패치 펌프(1300)를 예시한다.13-15 illustrate an
도 16 내지 도 17은 패치 펌프(1300)의 하부 표면(1310) 상에 커넥터(1350)를 통해 연결된 마이크로어레이 센서(20)를 갖는 인슐린 패치 펌프(1300)가 있는 대안적 구현예를 예시한다.16-17 illustrate an alternative embodiment in which there is an
도 18은 환자의 피부에 이미 적용된 마이크로어레이 센서(도시되지 않음) 위에 위치시키기 위해 패치 펌프(1300)의 하부 표면(1310)에 홈(1335)을 갖는 인슐린 패치 펌프(1300)를 예시한다.18 illustrates an
Claims (20)
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201962823628P | 2019-03-25 | 2019-03-25 | |
US62/823,628 | 2019-03-25 | ||
US16/824,700 US20200254240A1 (en) | 2016-05-15 | 2020-03-20 | Devices and Methods For The Incorporation Of A Microneedle Array Analyte-Selective Sensor Into An Infusion Set, Patch Pump, Or Automated Therapeutic Delivery System |
PCT/US2020/023771 WO2020197968A1 (en) | 2019-03-25 | 2020-03-20 | Devices and methods for the incorporation of a microneedle array analyte-selective sensor |
US16/824,700 | 2020-03-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220013542A true KR20220013542A (en) | 2022-02-04 |
Family
ID=72611143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020217033487A KR20220013542A (en) | 2019-03-25 | 2020-03-20 | Apparatus and Method for Incorporation of Microneedle Array Analyte-Selective Sensors |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022527794A (en) |
KR (1) | KR20220013542A (en) |
AU (1) | AU2020244743A1 (en) |
CA (1) | CA3131168A1 (en) |
IL (1) | IL286594A (en) |
WO (1) | WO2020197968A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12070313B2 (en) | 2022-07-05 | 2024-08-27 | Biolinq Incorporated | Sensor assembly of a microneedle array-based continuous analyte monitoring device |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IE72524B1 (en) * | 1994-11-04 | 1997-04-23 | Elan Med Tech | Analyte-controlled liquid delivery device and analyte monitor |
US20120065482A1 (en) * | 2005-04-08 | 2012-03-15 | Mark Ries Robinson | Determination of blood pump system performance and sample dilution using a property of fluid being transported |
US20120046533A1 (en) * | 2007-08-29 | 2012-02-23 | Medtronic Minimed, Inc. | Combined sensor and infusion sets |
US9968742B2 (en) | 2007-08-29 | 2018-05-15 | Medtronic Minimed, Inc. | Combined sensor and infusion set using separated sites |
CA2952844A1 (en) * | 2014-08-01 | 2016-02-04 | Common Sensing Inc. | Liquid measurement systems, apparatus, and methods optimized with temperature sensing |
-
2020
- 2020-03-20 KR KR1020217033487A patent/KR20220013542A/en unknown
- 2020-03-20 WO PCT/US2020/023771 patent/WO2020197968A1/en unknown
- 2020-03-20 AU AU2020244743A patent/AU2020244743A1/en not_active Abandoned
- 2020-03-20 CA CA3131168A patent/CA3131168A1/en active Pending
- 2020-03-20 JP JP2021558506A patent/JP2022527794A/en active Pending
-
2021
- 2021-09-22 IL IL286594A patent/IL286594A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2020244743A1 (en) | 2021-10-14 |
CA3131168A1 (en) | 2020-10-01 |
JP2022527794A (en) | 2022-06-06 |
WO2020197968A1 (en) | 2020-10-01 |
IL286594A (en) | 2021-12-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200254240A1 (en) | Devices and Methods For The Incorporation Of A Microneedle Array Analyte-Selective Sensor Into An Infusion Set, Patch Pump, Or Automated Therapeutic Delivery System | |
US20200297997A1 (en) | Mechanical Coupling Of An Analyte-Selective Sensor And An Infusion System And Information Conveyance Between The Same | |
US9028409B2 (en) | Fluid delivery with in vivo electrochemical analyte sensing | |
RU2758210C2 (en) | System for controlling the course of diabetes with automatic control of basal administration of insulin and manual control of bolus administration of insulin | |
US8814822B2 (en) | Reciprocating delivery of fluids to the body with analyte concentration monitoring | |
KR100945901B1 (en) | A minimally-invasive system and method for monitoring analyte levels | |
EP1575656B1 (en) | Insulin delivery system with sensor | |
US8303533B2 (en) | Device and method for delivery of a physiologically active substance depending on a measured physiological parameter | |
US20090312622A1 (en) | Device And Method For Determining A Value Of A Physiological Parameter Of A Body Fluid | |
Dudde et al. | Computer-aided continuous drug infusion: setup and test of a mobile closed-loop system for the continuous automated infusion of insulin | |
US20070191702A1 (en) | Systems and methods for sensing analyte and dispensing therapeutic fluid | |
US20120123230A1 (en) | Analyte monitoring systems and methods of use | |
WO2009049823A1 (en) | Catheter and methods of operating and manufacturing the same | |
JP2011507556A5 (en) | ||
KR20220013542A (en) | Apparatus and Method for Incorporation of Microneedle Array Analyte-Selective Sensors | |
CA3143465A1 (en) | Mechanical coupling of an analyte-selective sensor and an infusion system | |
EP3946513A1 (en) | Devices and methods for the incorporation of a microneedle array analyte-selective sensor | |
KR20240005377A (en) | Continuous glucose measurement and insulin injection device |