Project

Discipline

drug-monitoring; nano-bio-chip; continuous-monitoring; anesthetics; carbon nanotubes; control-flow

Lead
Titolo del progetto di ricercaMonitoraggio continuo della concentrazione di anestetici al fine di assicurare un’anestesia controllata
Lay summary
In sintesi Ogni anno, 30.000 persone subiscono un’anestesia parziale e, purtroppo, rimangono svegli, sentendo ancora dolore, pur non essendo più in grado di muoversi, a causa di una somministrazione difettosa del farmaco. Al contrario, altri pazienti sono messi in un inutile, profondo o prolungato stato di coma chimico. Un’anestesia corretta richiede il raggiungimento di un’ottimale quantità nel sangue dei farmaci usati per l’anestesia. Oggi, questi farmaci sono somministrati con sistemi d’iniezione controllata basati su modelli di controllo. che, però, sono soggetti ad elevati errori di previsione a causa della diversità tra i pazienti.   Soggetto e obiettivo Obiettivo di questo progetto è, dunque, lo sviluppo di un primo sistema per il monitoraggio in continuo di agenti anestetici che circolano nei fluidi corporei al fine di un dosaggio più corretto dei farmaci impiegati in anestesia. Cuore del sistema saranno diversi sensori elettrochimici usati per il monitoraggio in continua di anestetici e sedativi in contemporanea con la somministrazione. Questi sensori forniranno poi dati ad algoritmi decisionali intelligenti in grado di suggerire adeguati dosaggi e tempi di rilascio degli anestetici.   Contesto socio-scientifico Un tale sistema contribuirà certamente a migliorare la gestione dei pazienti sottoposti a chirurgia. I pazienti potranno beneficiare di un’anestesia più sicura e tempi di risveglio e recupero più veloci. Un maggiore controllo nell’anestesia può consentire interventi chirurgici in camera doppia con conseguente riduzione dei costi per ospedali ed assicurazioni, oltre al risparmio conseguente al sovradosaggio evitato del farmaco. Infine, una più sicura di anestesia ridurrà al minimo gli incidenti e, di conseguenza, eventuali azioni legali.   Parole chiave Controllo di farmaci, sensori nanometrici, monitoraggio in continua, anestetici, nanotube al carbonio, sistemi di controllo per il flusso

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Last update: 26.01.2015

Active participation

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Communication	Title	Media	Place	Year

Title	Year

Number	Title	Start	Funding scheme

Motivation: Every year, 30,000 people undergo anesthesia and remain awake, still feeling pain while not being able to move, due faulty drug administration. Many more are put into uselessly deep or prolonged chemical coma. Proper anesthesia requires the achievement of a certain target plasma concentration of the drugs (e.g. propofol, fentanyl or midazolam, etc.). Today, such drugs are regularly injected by Target Controlled Infusion (TCI) systems, while the usual magnitude of prediction errors in control models reaches 20-30% due to the patients’ diversity. Therefore, continuous monitoring of anesthetic agents circulating in body fluids would contribute to better individualization of patients’ management. Project Focus: We propose to create a system with a semi-closed-loop control for anesthesia delivery based on the anesthetics monitoring in human fluids. Core of the system will include several electrochemical sensors for the real-time monitoring of anesthetics and sedatives, and complementary intelligent decision-making algorithms able to adjust dosages and delivery rates according to the sensor measurements, under the ultimate control of anesthesiologists.Expected outcome: We aim to produce a prototype of a device implementing semi-closed-loop anesthesia delivery based on real-time measurements of anesthetics concentration. The prototype will be ready for clinical development, after appropriate animal testing.Methods: the proposed semi-closed loop prototype is logically divided into four parts, all addressed by the activities of the present project. Part I (responsible Main Applicant: S. Carrara)It develops the setup emulating changes of drugs concentration in patients’ fluids (e.g., plasma concentration) and the array of sensors (S1, S2... Sn) for monitoring concentration of anesthetics (e.g. propofol, fentanyl and midazolam). Part II (responsible Main Applicant: S. Carrara)This part provides the readout for the sensors of Part I, the system for data verification, suitable connectivity to control algorithms of Part III, and the user interfaces for enabling anesthesiologists to take actions.Part III (responsible Co-applicant T. Buclin)This part studies proper pharmacokinetic (PK) prediction-models based on the monitored anesthetics (e.g., propofol) to be implemented in the drive-software of Part IVPart IV (responsible co-applicant J. Sifakis)This part builds appropriate drive-software algorithms to be implemented in programmable pumps, for dose adjustment based on classical proportional-integral-derivative (PID) and on the pharmacokinetic (PK) prediction-models developed in Part III