Novel health services using implantable sensors connected to wireless applications

Hensikten SUPRE-prosjektet var å utvikle nye helsetjenester for pasienter med vannlatingsproblemer ved bruk av implanterbare mikrosensorer. Et slikt sensorsystem vil kunne gi langtids trykkmålinger med trådløs overføring av verdier til smarttelefon eller nettbrett. Ved å plassere sensoren direkte i urinblæren og koble den til elektronikk som også er plassert under huden, vil det være mulig å oppnå målinger med svært høy kvalitet. Slik kan pasienter potensielt varsles om behov for å tømme urinblæren og medisinsk personale kan bli varslet ved tegn på farlig økning i blæretrykket. Den nye helsetjenesten har potensiale for å bidra til bedre helse og økt livskvalitet for pasientene. Den vil også kunne bidra til reduserte kostnader knyttet til sykehusinnleggelser, medikamenter og engangsutstyr, og mer effektiv og målrettet bruk av ressurser. Det nye systemet er en videreutvikling av en trådbasert løsning som er utviklet i et tett samarbeid mellom Sunnaas sykehus HF (SSHF) og SINTEF i prosjektet PEPRE. Sentrale forsknings- og utviklingsmål i SUPRE var å utvikle et nytt sensorelement som kan fungere i menneskekroppen over tid, å undersøke sensormålenøyaktighet og -stabilitet i levende dyr og mennesker, overføring av signal fra innsiden til utsiden av kroppen og reduksjon av energiforbruk. SSHF var prosjekteier og ansvarlig for kliniske forsøk. SINTEF var ansvarlig for prosjektledelse og hovedansvarlig for teknologiutvikling. Universitetet i Oslo (UiO) og École Polytechnique de Montréal (EPM) deltok i utvikling av elektronikk og trådløs kommunikasjon (MICS). Oslo Universitetssykehus (OUS) hadde ansvar for dyreforsøk. Produksjon av et nytt og robust sensorelement ble designet og prosessert hos SINTEF og en lengre sensorprobe ble utviklet i henhold til legenes ønske. Prosjektets første fase ble avsluttet i 2017. Prosjektet la i 2018 ned en stor innsats for å finne en god og realistisk plan for fase 2, hvor kliniske studier i dyr og mennesker sto sentralt. Ingen av de to trådløse teknologiene ble testet i mennesker, men MICS-løsningen ble testet i gris. Den trådbaserte løsningen ble testet i gris og i to kliniske humane studier og bidro til å nå prosjektets mål. UiO utviklet en NFC-løsning med en ekstern modul festet til kroppen for sending av energi til og mottak av signaler fra implanterte deler, disse signalene sendes videre til f.eks. en mobiltelefon. Innledende benketester på NFC viste at NFC kommuniserte gjennom materialer som tilsvarte hud og 5 mm fettlag på gris, noe som er for lite for applikasjonen. Prosjektet gikk derfor gått bort ifra videre utvikling av NFC-løsningen. EPM sin MICS benytter et batteri for energioverføring og en ekstern basestasjon for mottak av signaler og har derfor lengre rekkevidde. OUS gjorde utprøving av trykksensorene i griser. Som del av forberedelsene til planlagte langtidstester, testet prosjektet en trådbasert løsning i gris i akutt fase, dette ga verdifull erfaring med klinisk prosedyre for implantasjon av sensorprobe i griseblære. I 2021 gjennomførte prosjektet implantasjon av sensorprobe og MICS enhet i gris. Målinger ble gjort i fire dager. I første forsøk hadde sensoren blitt dratt ut at urinblæren og kunne derfor ikke gi fysiologiske data. Men forsøket viste at MICS løsningen logget og overførte trykkdata mens den var implantert. I 2022 utførte OUS et tilleggsforsøk på gris. I denne testen ble sensor proben festet til et Foley kateter med ballong, slik at sensor proben ikke kunne bli dratt ut av urinblæren. Fysiologiske målinger kunne utføres i 2 dager og Proof-of-principal kunne etableres. I 2018 ble selskapet Invivo Bionics AS etablert basert på sensorteknologien utviklet i PEPRE og SUPRE. De har i 2022 seks ansatte. Selskapet har eksklusiv lisens på in vivo bruk av trykkesensoren fra SINTEF. Artikkelen "Measurement of Urinary Bladder Pressure: A Comparison of Methods", ble publisert i den vitenskapelige journalen "Sensors" i juli 2018. Artikkelen er lastet ned mer enn 1000 ganger og forfatterne har ved flere tilfeller blitt kontaktet av ulike fagmiljøer med utgangspunkt i artikkelen. Prosjektet har også vært presentert for medisinske fagmiljøer og pasientgrupperinger ved flere anledninger og har også vært omtalt i Patetra, medlemsbladet for Landsforeningen for Ryggmargsskadde. Covid19 skapte forsinkelser i 2020 og 2021. Pasientforsøk på SSHF ble utsatt til 2022. Prosjektet fikk innvilget søknad om pasientforsøk fra Legemiddelverket i mai 2022. Disse ble startet i juni 2022. Ved prosjektets slutt hadde SSHF klart å gjennomføre 30 vellykkede pasientforsøk (uten tekniske feil), mens 4 av forsøkene var mislykkede p.g.a. feil på sensorene. Dataene skal analyseres av programvare utviklet av SSHF som bearbeider og tolker trykkmålerdata ved bruk av wavelet-analyse. Det skal predikere mindre trykkendringer på en pålitelig måte og inngå i forslag til en å utvikle en «alarmfunksjon» som er robust i forhold til artefakter under måling. Resultater skal publiseres i 2023.

Prosjektet har utviklet ny teknologi som anvendt på ulike måter, vil ha stor betydning for utredning og behandling av funksjonsforstyrrelser i urinblæren. Potensielt utgjør dette en stor gruppe mennesker, og det er kjent at i Norge er det over 1 million sliter med plager knyttet til urinblæren. Typisk kan det være urinlekkasje, kraftig forøket trang eller vanskeligheter med å tømme ordentlig. Disse problemene får ofte lite oppmerksomhet i helsevesenet, og er for mange ubehagelig å ta opp. Selv om det å avgjøre hva som er riktig behandling i mange tilfeller krever utredning, gjøres dette i liten grad i dag. Utredningen består i å måle trykket i urinblæren mens det fylles og under vannlatning. Betegnelsen på denne undersøkelsen er cystometri. Denne undersøkelsen foretas i dag kun ved spesialiserte avdelinger eller klinikker. Ut fra kartlegging av tilbudet i dag dreier det seg om mindre enn 1 % av alle som har slike plager. Dagens utstyr er kostbart i anskaffelse og i tillegg kommer utgifter til engangsutstyr. Det er stasjonære løsninger plassert på dedikerte laboratorier. Vi har nå i kliniske studier utviklet en metode for cystometri basert på mikro- og nanoteknologi. Dette gir mulighet for helt nye og enklere undersøkelser, der det ikke er behov for kostbart stasjonært utstyr. På denne måten vil tilgangen til cystometri bli mer utbredt og lettere tilgjengelig. Den vil kunne erstatte dagens teknologi, og samtidig åpne for at en større andel av personer med disse plagene får en spesialisert utredning og mer korrekt behandling. Det neste trinn i utviklingen vil være å foreta målinger over lengre tid med ekstern avlesning. I prosjektet ble dette utprøvd i en pilotstudie på mennesker med trykkmåling i urinblæren i inntil 1 døgn. Utprøvingen ga viktige resultater i forhold til videreutvikling av teknologien, og viste at metoden var praktisk gjennomførbar ved at forsøkspersonene tolererte opplegget uten problemer. Det er videre gjort dyrestudier i opptil 1 uke med fullt implantert utstyr for trådløs overføring av målinger. Vi har funnet at teknologien er pålitelig for bruk over kortere perioder under 1 time, men det er behov for videre utvikling for lengre registrering samt ved videre trådløse systemer for implantering. Imidlertid har vi vist at teknologien fungerer, og at det lar seg gjennomføre. Ved masseproduksjon vil utstyret både kunne bli langt billigere enn eksisterende systemer, men også medføre langt mindre behov for engangsutstyr, og dermed mindre avfall. Prosjektet har resultert i etableringen av Invivo Bionics AS (https://www.invivo.io/) som skal videreutvikle SUPRE-konseptet til et kommersielt produkt. Invivo ble startet av tidligere prosjektleder ved SINTEF, Ingelin Claussen, og har skaffet seg både investorinvesteringer og prosjektmidler fra EU.

To develop novel health services for patients with dysfunctional urinary bladder. The new service will provide for improved patient health and quality of life. It will also provide for reduced costs related to hospital stay, medication, and disposables. The innovation will have impact on both specialized and primary health care system, with more efficient and targeted use of resources. The SUbcutaneous PREssure sensor system (SUPRE) will provide for long-term (> 24 hours) and high-quality recordings achieved by a miniaturized pressure sensor placed directly into the urinary bladder and an electronic module placed under the skin. The system also includes wireless means for communication with an external data receiving and handling device. The novel system is a further development of a wired solution developed in close collaboration between Sunnaas Hospital HF and SINTEF and already tested in pilot patients. Pressure sensor resolution and long-term stability, transmission of the signal from body inside to body outside, and minimizing the power consumption to allow for long term operation are the central R&D challenges in the innovation project. Sunnaas Hospital HF is the project owner and responsible for clinical investigations. SINTEF is responsible for the project management and main responsible for the technical development. University of Oslo and École Polytechnique de Montréal participate in development of electronics and wireless communication. Norwegian center for stem cell research and Oslo University Hospital participate in testing the pressure sensors in animal models. A Reference Group is established to anchor the new innovation in the relevant communities. If successful, the new technology will be taken to the market either through establishment of a new company or through licensing to existing market players.