Ar*ficial Pancreas an update Rela*onship between HbA1c; - PDF document

4/30/15 ¡ Ar*ficial ¡Pancreas ¡– ¡an ¡update ¡ Rela*onship ¡between ¡HbA1c; ¡risk ¡of ¡progression ¡of ¡re*nopathy; ¡ and ¡ ¡risk ¡of ¡severe ¡hypoglycemia ¡in ¡TID ¡ Dotted lines = 95% CI DCCT research group Diabetes 46: 271 (1997) 1 ¡

4/30/15 ¡ Impact ¡of ¡hypoglycemia ¡ • Acute ¡hypoglycemia ¡( ¡BG ¡<54mg/dl) ¡ – Impairs ¡complex, ¡aQen*on ¡demanding ¡& ¡speed ¡ dependent ¡responses ¡ • Recurrent ¡hypoglycemia ¡ ¡ – May ¡cause ¡anxiety ¡and ¡depression ¡ – “fear ¡of ¡lows” ¡ • “dead ¡in ¡bed ¡syndrome” ¡– ¡2 ¡to ¡6/100,000 ¡ pa*ent ¡years ¡ 40 ¡% ¡of ¡type ¡1 ¡diabetes ¡pa*ents ¡express ¡disease ¡related ¡distress ¡ POWERLESSNESS: ¡ “no ¡ma'er ¡how ¡hard ¡I ¡try ¡with ¡my ¡diabetes, ¡it ¡will ¡never ¡be ¡ good ¡enough” ¡ ¡ HYPOGLYCEMIA ¡DISTRESS : ¡ “I ¡can’t ¡ever ¡be ¡safe ¡from ¡the ¡possibility ¡of ¡a ¡severe ¡ low” ¡ ¡ NEGATIVE ¡SOCIAL ¡PERCEPTIONS: ¡ “I ¡have ¡to ¡hide ¡my ¡diabetes ¡from ¡other ¡ people.” ¡ ¡ PHYSICIAN ¡DISTRESS : ¡ “I ¡don’t ¡get ¡the ¡help ¡I ¡really ¡need ¡from ¡my ¡diabetes ¡ doctors”. ¡ ¡ FRIEND/FAMILY ¡ DISTRESS: ¡too ¡much ¡focus ¡on ¡diabetes ¡amongst ¡loved ¡ones: ¡ “my ¡family ¡and ¡friends ¡make ¡a ¡bigger ¡deal ¡out ¡of ¡diabetes ¡than ¡they ¡should” ¡ ¡ MANAGEMENT ¡DISTRESS: ¡ disappointment ¡with ¡one’s ¡own ¡self-­‑care ¡efforts; ¡ e.g., ¡ “I ¡don’t ¡give ¡my ¡diabetes ¡as ¡much ¡a'en?on ¡as ¡I ¡probably ¡should” ¡ ¡ EATING ¡DISTRESS: ¡ “thoughts ¡about ¡food ¡and ¡ea?ng ¡control ¡my ¡life” ¡ ¡ 2 ¡

4/30/15 ¡ Summary ¡ ¡ ¡ ¡ The ¡goal ¡of ¡beta ¡cell ¡replacement ¡therapy ¡and ¡ar*ficial ¡pancreas ¡is ¡ ¡ to ¡make ¡glucose ¡monitoring ¡and ¡insulin ¡delivery ¡automa*c; ¡reduce ¡ hypoglycemic ¡events; ¡reduce ¡the ¡burden ¡of ¡care ¡for ¡people ¡ ¡with ¡diabetes ¡ 3 ¡

4/30/15 ¡ Glucose control in a type 1 patient UCSF islet transplant team 4 ¡

4/30/15 ¡ Artificial Pancreas TECHNICAL ¡ISSUES ¡ 5 ¡

4/30/15 ¡ Artificial Pancreas - Sensors 6 ¡

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4/30/15 ¡ CGM ¡use ¡in ¡adults ¡with ¡T1D ¡improves ¡HbA1c ¡(injec*ons ¡or ¡pumps) ¡ P<0.001 ¡ 9 ¡ 8.5 ¡ 8 ¡ 7.5 ¡ 7 ¡ 6.5 ¡ pre ¡CGM ¡ 6 ¡ Post ¡CGM ¡ 5.5 ¡ 5 ¡ 4.5 ¡ 4 ¡ > ¡25 ¡yrs ¡ 15 ¡to ¡24 ¡ 8 ¡ ¡to ¡14 ¡ JDRF ¡CGM ¡study ¡group ¡N ¡Engl ¡J ¡Med ¡359: ¡1464 ¡(2008) ¡ Clarke ¡error ¡grid ¡analysis ¡for ¡one ¡of ¡the ¡current ¡genera*on ¡of ¡sensors ¡ CGM ¡ ¡ glucose ¡ Reference ¡glucose ¡ 75% ¡of ¡sensor ¡data ¡are ¡within ¡20% ¡of ¡reference ¡glucose ¡(Zone ¡A) ¡ 20% ¡of ¡sensor ¡data ¡are ¡outside ¡the ¡20% ¡ ¡range ¡but ¡would ¡not ¡lead ¡to ¡inappropriate ¡ ¡Rx ¡(Zone ¡B) ¡ 4% ¡of ¡sensor ¡data ¡indicate ¡clinically ¡important ¡ ¡with ¡failure ¡to ¡detect ¡hypoglycemia ¡or ¡ hyperglycemia ¡ ¡(zone ¡D) ¡ Luijf ¡et ¡al. ¡Diab. ¡Tech. ¡Therap. ¡15: ¡721 ¡(2013) ¡ ¡ 8 ¡

4/30/15 ¡ Using ¡signal ¡processing ¡techniques ¡to ¡enhance ¡sensor ¡ performance ¡ Fachinnem ¡et ¡al ¡J ¡Diab ¡Sci ¡Tech ¡7: ¡1308 ¡(2013) ¡ Denoising ¡module ¡-­‑ ¡ Enhancement ¡module ¡-­‑ ¡account ¡ ¡for ¡ Sensor ¡ ¡ Enhanced ¡CGM ¡ ¡ aQenuate ¡random ¡ differences ¡between ¡ref. ¡BG ¡levels ¡& ¡ data ¡ data ¡ noise ¡ CGM ¡ ¡data ¡ Fachinnem ¡et ¡al ¡J ¡Diab ¡Sci ¡Tech ¡7: ¡1308 ¡(2013) ¡ 9 ¡

4/30/15 ¡ Artificial Pancreas - Controllers Controllers ¡ ¡ ¡ PID ¡ ¡ ¡ ¡ Model ¡Predic*ve ¡Control ¡ ¡ ¡ Fuzzy-­‑Logic ¡Controller ¡ 10 ¡

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4/30/15 ¡ Propor*onal ¡–integral-­‑deriva*ve ¡control ¡ glucose ¡ pa*ent ¡ insulin ¡ error ¡ + ¡ + ¡ PID ¡ Set ¡point ¡ _ ¡ -­‑ ¡ Insulin ¡on ¡board ¡ calcula*on ¡ [SC ¡to ¡plasma ¡insulin ¡ PK ¡model] ¡ Sensor ¡ glucose ¡ ¡ ¡ Cascade ¡controller ¡ Model ¡Predic*ve ¡Control ¡ disturbance ¡ + ¡ insulin ¡ glucose ¡ MPC ¡ Glucose ¡ Controller ¡ pa*ent ¡ setpoint ¡ _ ¡ + ¡ -­‑ ¡ ¡model ¡ 12 ¡

4/30/15 ¡ Controller ¡chooses ¡a ¡sequence ¡of ¡insulin ¡doses ¡that ¡is ¡predicted ¡to ¡bring ¡glucose ¡ to ¡target ¡range ¡ Recompute ¡aser ¡5 ¡to ¡15 ¡minutes ¡and ¡update ¡op*mal ¡sequence ¡of ¡insulin ¡doses ¡ Del ¡Favero ¡et ¡al ¡in ¡Technol. ¡Adv ¡Treatment ¡Type ¡1 ¡Diabetes ¡24; ¡166 ¡(2015) ¡ Example: ¡TID ¡pa*ent ¡– ¡40 ¡g ¡CHO ¡meal; ¡6 ¡units ¡bolus ¡at ¡*me ¡0. ¡At ¡180 ¡minutes ¡ controller ¡takes ¡over ¡and ¡adjusts ¡insulin ¡dosing ¡to ¡bring ¡glucose ¡back ¡to ¡target ¡ of ¡6 ¡mmol/L ¡(108 ¡mg/dl). ¡Controller ¡interven*on ¡adjusted ¡to ¡account ¡for ¡delay ¡ between ¡plasma ¡and ¡sensor ¡glucose. ¡ Hovorka ¡et ¡al ¡ ¡Physiol ¡Meas ¡25: ¡905 ¡(2004) ¡ 13 ¡

4/30/15 ¡ Fuzzy ¡logic ¡controller ¡ ¡ Fuzzy ¡logic ¡modelling ¡incorporates ¡use ¡of ¡human ¡“expert” ¡knowledge ¡in ¡control ¡of ¡ system ¡without ¡detailed ¡knowledge ¡of ¡underlying ¡dynamics ¡of ¡a ¡system ¡ Describe ¡glucose ¡in ¡terms ¡of ¡ranges ¡ ¡: ¡very ¡low, ¡low, ¡normal, ¡normal ¡ high, ¡high, ¡very ¡high ¡ ¡ Describe ¡rate ¡of ¡changes ¡of ¡glucose ¡levels ¡in ¡terms ¡of ¡ranges: ¡steep ¡ descent, ¡descent, ¡stable, ¡ascent, ¡steep ¡ascent ¡ ¡ Describe ¡how ¡much ¡insulin ¡to ¡give: ¡ ¡basal ¡adjustment ¡or ¡bolus ¡ ¡ ¡ Es*ma*on ¡of ¡insulin ¡on ¡board ¡ ¡ Recognize ¡that ¡a ¡par*cular ¡change ¡in ¡glucose ¡reflects ¡– ¡a ¡meal ¡or ¡ unplanned ¡exercise ¡(disturbance) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Artificial Pancreas – insulin delivery and glucagon effects issues 14 ¡

4/30/15 ¡ Dissocia*on ¡of ¡insulin ¡aser ¡subcutaneous ¡injec*on ¡ Subcutaneous ¡ *ssue ¡ 10 -­‑8 ¡ Mol/l ¡ 10 -­‑5 ¡ 10 -­‑3 ¡ 10 -­‑4 ¡ Diffusion ¡ Capillary ¡ membrane ¡ Adapted ¡from ¡Brange ¡et ¡al. ¡1990 ¡ Biological ¡Ac*on ¡of ¡Insulin ¡Lispro ¡vs. ¡Regular ¡Insulin: ¡ Glucose ¡Clamp ¡Study ¡in ¡Healthy ¡Subjects ¡ 600 ¡ Insulin ¡lispro ¡10 ¡U ¡ Regular ¡Insulin ¡10 ¡U ¡ 500 ¡ ¡ Glucose ¡ 400 ¡ Infusion ¡ Rate ¡(mg/ 300 ¡ min) ¡ 200 ¡ 100 ¡ 0 ¡ 0 ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ 11 ¡ 12 ¡ ¡ Time ¡ ¡(hours) Data ¡from ¡Howey ¡ ¡DC, ¡et ¡al. ¡ Diabetes . ¡ 1994;43:396-­‑402. ¡ 30 ¡ 15 ¡

4/30/15 ¡ Artificial pancreas - fully automated versus with meal announcement Weinzimer SA et al. Diabetes Care Feb 5, 2008 Modeling ¡use ¡of ¡inhaled ¡insulin ¡to ¡control ¡post ¡meal ¡glucose ¡rise ¡– ¡ fully ¡automated ¡vs ¡meal ¡announcement ¡with ¡SC ¡or ¡inhaled ¡insulin ¡ Announcement ¡(inhaled ¡insulin) ¡ No ¡announcement ¡ Announcement ¡(SC ¡bolus) ¡ Lee ¡et ¡al. ¡Jdiab ¡Sci ¡Tech ¡7:215 ¡(2013) ¡ 16 ¡

4/30/15 ¡ CHO ¡meal ¡ Glucose ¡ 4 0 0 3 0 0 2 0 0 Pa*ents ¡with ¡diabetes ¡have ¡ 10 0 elevated ¡glucagon ¡levels ¡ 0 which ¡do ¡not ¡suppress ¡ ¡ 16 0 aser ¡a ¡meal ¡ Insulin ¡ 12 0 8 0 Diabetes ¡ 4 0 Controls ¡ 0 16 0 Glucagon ¡ 12 0 8 0 4 0 Minutes ¡ 0 0 6 0 12 0 18 0 2 4 0 Effect ¡of ¡pramlin*de ¡(30 ¡mcg) ¡on ¡post ¡meal ¡glucose ¡excursions ¡using ¡a ¡closed ¡loop ¡ ¡ system ¡in ¡T1D ¡(effect ¡on ¡gastric ¡emptying ¡and ¡presumably ¡glucagon ¡excursions) ¡ Weinzimer ¡et ¡al. ¡Diab ¡Care ¡35: ¡1994 ¡(2012) ¡ 17 ¡