Sviluppo e test di un apparato innovativo per monitorare l'aderenza farmacologica tramite blister sensorizzato

Medication adherence is generally defined as the degree to witch patient behavior is congruent with the recommendations of healthcare providers. Also know as “compliance”, this is one of most important issues in clinical practice, because the success of any therapeutic treatment depends on the patient’s actual adherence to therapy. A poor adherence cause inefficiency of prescribed therapy, increase in health care interventions, in mortality, morbidity and waste in the national health system. Increasing therapeutic adherence means greatly reducing the risk of hospitalization, improving efficacy and safety of therapy and, in the same time, reduces its cost. There are different strategies to improve the adherence, but the research does not provide specific results to distinguish what techniques are most effective and what are not. This thesis aims at fitting into this context through the realization of a system whose purpose is to monitor the patient’s pharmacological adherence and, therefore, to increase it. The thesis work was carried out within a business context, at Biocubica, a company based in Milan dealing with innovative technologic solutions, counseling services and support for the development of embedded systems in the field of biomedical technology, including a wide range of services related to the development and management of technology instrumentation. Our system is made up of three fundamental elements cooperating with one each other: 1. a device based on a microcontroller, connectable to the medication blister which a conductive grid is glued on. This makes the blister sensorized; 2. an application for smartphone; 3. an online database. The device, which can be attached in principle to any medication blister, can recognize the withdrawal of the pills from it. Upon dose receipt, the outcomes of the medication withdrawal is communicated, via NFC (Near-Field-Communication) technology, to the patient’s cellphone endowed with an on-board devoted application. The purpose of this application is also to provide the patient with a series of alarms helping him to remind the therapy schedule. The therapy is provided remotely via an online database. The application updates the database fields through Internet connection, providing to the operators real-time information about the progress of patient therapy. The apparatus is thus able to: • remind the patient to take each dose through the audible alarms emitted by the cellphone; • check that the medication has been correctly removed from the sensory blister; • record, in an online database, the data regarding the patient’s intake of each dose, including the extraction time of each pill and the remaining blister content. Compared to other similar devices already on the market, the one we have realized has some innovative characteristics that differentiate it, including: ➢ it does not need own power supply – Other commercially available blister packs are equipped with battery power. The cell phone of the patient himself powers our device, at the time of data transmission through NFC technology; ➢ it can be reused – As soon as the pills are removed, the device can be released and reused with a new blister. The only element that is damaged during use is, in fact, the conductive grid that is glued to the drug blisters. A simplified operational test was set up on twenty volunteer subjects (male/female aged 20-70 years). The purpose was to simulate a real use of the device in a variable pharmacological regimen. The volunteers were divided into two groups of ten, the control group with no device and the test group who used the device. We simulated a three-day treatment by let the subjects assuming ten candies, each at a fixed time in the morning (7.00 - 11.00), afternoon (13.00 – 15.00) and evening (20.00-22.00). On the third day, the therapy varied with a fourth pill and different schedules. While in the first group (control) the data concerning the administration was obtained through a self- completed end-of-treatment questionnaire, in the operating group the data was extracted from the online database, which provided us with all the data relating to the extraction of the pills and time of each extraction. The result we obtained showed an increase in adhesion to the supplied device subjects, by 23%, and a time precision of 33.4%. Patients with our equipment not only took more doses, but also did it with greater time precision, taking more medications at the right times, following better prescribed therapy than the control group. These results, while preliminary, disclose the apparatus as a device for efficiently monitoring the medication adherence and potential engineering and commercial use.

Per aderenza farmacologica s’intende comunemente la tendenza di un paziente ad assumere correttamente i farmaci seguendo la terapia prescritta dal medico curante. Nota anche con il termine inglese “medication compliance”, questa rappresenta uno dei problemi più importanti della pratica clinica poiché il successo di qualsiasi intervento terapeutico dipende dall’effettiva aderenza del paziente alla terapia. La scarsa aderenza alle prescrizioni del medico rappresenta una delle maggiori cause di non efficacia della terapia, portando a conseguenze come l’aumento degli interventi di assistenza sanitaria, della morbidità, della mortalità e rappresenta, quindi, un danno sia per il paziente sia per tutto il sistema sanitario. Incrementare l’aderenza farmaceutica vuol dire diminuire notevolmente il rischio di ospedalizzazione, migliorare efficacia e sicurezza della terapia riducendone, allo stesso tempo, i costi. Esistono differenti strategie per migliorare l’aderenza alle prescrizioni, ma la ricerca non fornisce particolari risultati per distinguere con esattezza e precisione quali tecniche siano le più efficaci e quali no. Questo lavoro di tesi si pone l’obiettivo d’inserirsi in quest’ ambito tramite la realizzazione di un apparato che abbia come scopo il monitoraggio dell’aderenza farmacologica del paziente. L’intero lavoro è stato svolto all’interno di un contesto aziendale, presso Biocubica, azienda Milanese che si occupa di fornire soluzioni innovative, servizi di consulenza e supporto allo sviluppo di sistemi embedded nel campo della tecnologia biomedica, compresa una vasta gamma di servizi relativi allo sviluppo e alla gestione della strumentazione biomedica. L’apparato da noi realizzato è costituito da tre elementi fondamentali che cooperano fra loro: 1. un dispositivo basato su un microcontrollore, collegabile al blister del medicinale sul quale è fatta aderire una griglia conduttiva che lo rende, di fatto, un blister sensorizzato; 2. un’applicazione per smartphone; 3. un database online. Il dispositivo, collegabile al blister di un qualsiasi medicinale, è in grado di riconoscere l’effettivo prelevamento delle pillole dal blister stesso. Al sopraggiungere del momento della dose, l’esito del prelievo del farmaco è comunicato, tramite tecnologia NFC, allo Smartphone del paziente nel quale è installata l’applicazione da noi realizzata. Questa si occupa anche di fornire al paziente una serie di allarmi che l’aiutino a ricordare gli orari corretti d’assunzione del farmaco. La terapia è fornita da remoto tramite il database online e l’applicazione si occupa di aggiornare i suoi campi, tramite connessione ad internet, fornendo agli operatori informazioni in real-time circa l’andamento della terapia del paziente. L’apparato è quindi in grado di: • ricordare al paziente di assumere ciascuna dose tramite gli allarmi acustici emessi dal cellulare; • controllare che il farmaco sia stato correttamente prelevato dal blister sensorizzato; • registrare, in un database online, i dati inerenti l’assunzione di ogni dose da parte del paziente, compreso l’orario di estrazione di ogni pillola e il contenuto residuo del blister. Rispetto ad altri dispositivi simili già presenti sul mercato, quello da noi realizzato presenta alcune caratteristiche che lo differenziano, fra cui: ➢ non ha bisogno di una propria alimentazione - Altri blister sensorizzati già in commercio sono dotati di alimentazione a batteria. Il nostro dispositivo n’è privo ed è alimentato dal cellulare del paziente stesso, al momento della trasmissione dei dati tramite tecnologia NFC; ➢ è riutilizzabile – All’esaurirsi delle pillole nel blister, il dispositivo può essere sganciato dallo stesso e riutilizzato con un nuovo blister. L’unico elemento che viene danneggiato durante l’uso è, infatti, la griglia conduttiva che viene fatta aderire sul blister del farmaco. Una volta realizzato, si è messo in piedi un piccolo test operativo, avente un campione di venti soggetti volontari di età variabile. Lo scopo è stato quello di simulare un uso reale del dispositivo in un regime farmacologico variabile. I volontari sono stati suddivisi in due gruppi da dieci, un gruppo di controllo, sprovvisto di dispositivo e uno operativo, al quale è stato, invece, fornito. A entrambi i gruppi è stata assegnata una terapia in cui vi era “prescritta” l’assunzione di dieci caramelle, in un arco temporale di tre giorni ad orari prestabiliti tutti uguali per ogni soggetto, suddivisi fra mattino (7.00 – 11.00), pomeriggio, (13.00-15.00) e sera(20.00 – 22.00). Il terzo giorno la terapia subiva una variazione prevedendo l’assunzione di quattro caramelle a orari differenti rispetto i primi due giorni. Mentre nel primo gruppo, quello di controllo, i dati inerenti le assunzioni sono stati ricavati tramite un questionario auto compilato di fine terapia, nel gruppo operativo i dati sono stati estratti dal database online, che ci ha fornito tutti i dati inerenti le assunzioni, compresi gli orari. I risultati da noi ottenuti, hanno mostrato un aumento dell’aderenza nei soggetti forniti di dispositivo, del 23% e una precisione temporale d’assunzione del 33.4%. I pazienti aventi il nostro apparato, non solo hanno assunto più dosi, ma l’hanno fatto con una precisione temporale maggiore, assumendo più farmaci agli orari corretti, seguendo meglio del gruppo di controllo la terapia prescritta. Di conseguenza, sebbene preliminari, questi risultati dimostrano l’efficacia del dispositivo proposto e la sua ingegnerizzazione in un prodotto commerciale.