"Sono un cyborg adesso!" - L'australiano Liam Zibidi, giovane programmatore, ingegnere blockchain/Fullstack e scrittore, dichiara con orgoglio, presentandosi sulle pagine del suo . All’inizio di agosto, ha completato il suo progetto fai-da-te per creare un dispositivo indossabile, che ha spudoratamente soprannominato “pancreas artificiale”. Stiamo piuttosto parlando di una pompa per insulina autoregolante e il nostro cyborg non ha scelto la via più semplice in alcuni aspetti della sua creazione. Maggiori informazioni sul concetto del dispositivo e sulle tecnologie open source su cui si basava più avanti nell'articolo.
sono tratte da illustrazioni ad eccezione dello schema dell'apparecchio
Diabete per manichini
Liam ha il diabete di tipo 1.
Se è corretto, allora la parola "diabete" significa un gruppo di malattie con aumento della diuresi - produzione di urina, ma la percentuale di pazienti con diabete mellito (DM) è maggiore e il nome abbreviato ha segretamente messo radici per DM. Già nel Medioevo la maggior parte dei pazienti affetti da diabete notava la presenza di zucchero nelle urine. Passò molto tempo prima della scoperta dell'ormone insulina (che sarebbe diventata anche la prima proteina completamente sequenziata della storia) e del suo ruolo nella patogenesi del diabete.
L'insulina è l'ormone più importante che regola il metabolismo di molte sostanze, ma il suo effetto principale è sul metabolismo dei carboidrati, compreso lo zucchero “principale”: il glucosio. Per il metabolismo del glucosio nelle cellule, l’insulina è, grosso modo, una molecola di segnalazione. Sulla superficie delle cellule sono presenti speciali molecole recettoriali dell’insulina. “Sedendosi” su di essi, l'insulina dà un segnale per avviare una cascata di reazioni biochimiche: la cellula inizia a trasportare attivamente il glucosio verso l'interno attraverso la sua membrana e ad elaborarlo internamente.
Il processo di produzione dell’insulina può essere paragonato al lavoro di volontari umani venuti per combattere un’alluvione. Il livello di insulina dipende dalla quantità di glucosio: più ce n’è, più il livello complessivo di insulina aumenta in risposta. Ripeto: è importante il livello nei tessuti, e non il numero di molecole, che è direttamente proporzionale al glucosio, perché l'insulina stessa non si lega al glucosio e non viene spesa nel suo metabolismo, così come i volontari non bevono il glucosio l'acqua in entrata, ma costruire dighe di una certa altezza. Ed è necessario mantenere questo determinato livello di insulina sulla superficie delle cellule, così come l'altezza delle dighe temporanee nelle zone allagate.
È chiaro che se non c'è abbastanza insulina, il metabolismo del glucosio viene interrotto, non entra nelle cellule, accumulandosi nei fluidi biologici. Questa è la patogenesi del diabete. In precedenza, esisteva una terminologia confusa come “diabete insulino-dipendente/indipendente”, ma è più corretto classificarlo come segue: il diabete di tipo 1 è una mancanza fisica di insulina (la ragione di ciò è molto spesso la morte delle cellule pancreatiche); Il diabete di tipo 2 è una diminuzione della risposta del corpo al livello della propria insulina (tutte le ragioni non sono completamente comprese e sono varie). 1° tipo – ci sono pochi volontari e non hanno tempo per costruire dighe; Tipo 2 - dighe di altezza normale, ma piene di buchi o costruite trasversalmente.
Problema di regolazione manuale
Entrambi i tipi, come risulta chiaro, portano ad un aumento dei livelli di glucosio al di fuori delle cellule - nel sangue, nelle urine, che ha un effetto negativo su tutto il corpo. Dobbiamo vivere contando и rispettivamente in una siringa e in una piastra. Ma non è sempre possibile regolare manualmente ciò che il corpo stesso sta facendo. Una persona deve dormire e durante il sonno i livelli di insulina continuano a diminuire; una persona può, a causa delle circostanze quotidiane, non mangiare in tempo e quindi il suo livello di zucchero diminuirà sotto l'influenza di un livello di insulina mantenuto artificialmente. In sostanza, la vita si ritrova in un tunnel limite al livello di glucosio, oltre il quale si arriva al coma.
Parte della soluzione a questo problema sono stati i moderni dispositivi che hanno sostituito le siringhe: le pompe per insulina. Si tratta di un dispositivo che utilizza un ago ipodermico inserito continuamente per dosare automaticamente l'insulina. Ma la comodità della somministrazione da sola non garantisce una corretta terapia sostitutiva dell’insulina senza dati sul livello attuale di glucosio. Questo è un altro grattacapo per medici e biotecnologi: test rapidi e previsione corretta della dinamica dei livelli di insulina e glucosio. Tecnicamente, questo ha iniziato ad essere implementato sotto forma di monitoraggio continuo del glucosio - sistemi CGM. Si tratta di una varietà di dispositivi che leggono continuamente i dati da un sensore costantemente inserito sotto la pelle. Questo metodo è meno traumatico e più attraente per gli utenti rispetto a quello classico. , ma quest'ultimo è più accurato e consigliato per l'uso se il livello di zucchero è ancora molto "calato" o cambia in qualche modo rapidamente nel tempo.
L'anello intermedio in questo sistema è una persona, di solito il paziente stesso. Regola l'apporto di insulina in base alle letture del glucometro e all'andamento previsto, sia che abbia mangiato dolci o che si stia preparando a saltare il pranzo. Ma sullo sfondo dell'elettronica di precisione, una persona diventa un anello debole: cosa succede se durante il sonno soffre di una grave ipoglicemia e perde conoscenza? Oppure si comporterà in qualche altro modo inappropriato, dimenticherà/mancherà/configurerà il dispositivo in modo errato, soprattutto se è ancora un bambino? In questi casi, molte persone hanno pensato di creare sistemi di feedback, in modo che il dispositivo di input dell'insulina sia orientato verso l'output dei sensori del glucosio.
Feedback e open source
Tuttavia, sorge immediatamente un problema: sul mercato sono disponibili molte pompe e glucometri. Inoltre, questi sono tutti dispositivi esecutivi e necessitano di un processore e di un software comuni che li controllino.
Sono già stati pubblicati articoli su Habré [, ] sul tema della combinazione di due dispositivi in un unico sistema. Oltre ad aggiungere un terzo caso, vi parlerò un po' dei progetti globali che uniscono gli sforzi degli appassionati che vogliono assemblare da soli sistemi simili.
Il progetto OpenAPS (Open Artificial Pancreas System) è stato fondato da Dana Lewis di Seattle. Alla fine del 2014 anche lei, diabetica di tipo 1, ha deciso di intraprendere un esperimento simile. Dopo aver provato e descritto dettagliatamente il suo dispositivo, alla fine lo ha scoperto , che descrive in dettaglio come combinare il proprio misuratore e pompa CGM, in varie varianti di diversi produttori, con i dispositivi intermedi necessari, opzioni software su Github, con molta documentazione da una crescente comunità di utenti. L’aspetto più importante che OpenAPS sottolinea è “ti aiuteremo con istruzioni dettagliate, ma dovrai fare tutto da solo”. Il fatto è che tali attività sono a un passo dalle gravi sanzioni della FDA (l'American Food and Drug Administration, la cui giurisdizione comprende tutti i medicinali e prodotti medici). E se non può impedirti di rompere dispositivi certificati e combinarli in sistemi fatti in casa per usarli su te stesso, allora qualsiasi tentativo di aiutarti a produrli o venderli sarà severamente punito. La seconda, ma non meno importante, idea di OpenAPS è la sicurezza di un sistema fatto in casa. Documentazione nel modulo e algoritmi chiari e dettagliati mirano specificamente ad aiutare il paziente e non a farsi del male.
Finestra dell'account Nightscout
Un altro progetto , consente agli utenti di caricare i dati dai propri dispositivi CGM nell'archivio cloud in tempo reale tramite uno smartphone, un orologio intelligente e altri dispositivi, nonché di visualizzare ed elaborare i dati ricevuti. Il progetto ha lo scopo di rendere l'uso più informativo e conveniente dei dati e contiene anche guide dettagliate, ad esempio, glucometri con smartphone con l'uno o l'altro sistema operativo e il software necessario e trasmettitori intermedi.
La visualizzazione dei dati è importante per determinare le fluttuazioni giornaliere del glucosio nel proprio stile di vita e l'eventuale correzione del comportamento e dell'assunzione di cibo, per trasmettere i dati in una comoda forma grafica a uno smartphone o orologio intelligente, per prevedere le tendenze dei livelli di glucosio nel prossimo futuro e per Inoltre, questi dati possono essere letti ed elaborati dal software OpenAPS. Questo è esattamente ciò che Liam usa nel suo progetto. Sugli articoli KDPV - i suoi dati personali dal servizio cloud, dove la "forchetta" viola a destra rappresenta i livelli di glucosio previsti da OpenAPS.
Il progetto di Liam
Puoi leggere il progetto in dettaglio nella voce corrispondente sul suo blog, cercherò solo di raccontarlo in modo più schematico e chiaro.
The Hard include i seguenti dispositivi: la pompa per insulina Medtronic che Liam aveva originariamente; CGM (glucometro) FreeStyle Libre con sensore NFC; ad esso è collegato il trasmettitore MiaoMiao, che trasmette i dati dal sensore NFC della pelle allo smartphone tramite Bluetooth; Microcomputer Intel Edison come processore per controllare l'intero sistema utilizzando Open APS; Explorer HAT è un trasmettitore radio per connettere quest'ultimo con uno smartphone e una pompa.
Il cerchio è chiuso.
L'intero hardware è costato a Liam 515€, esclusa la pompa che aveva in precedenza. Ha ordinato tutte le sue cose da Amazon, inclusa la Edison fuori produzione. Inoltre, i sensori sottocutanei per CGM Libre sono un materiale di consumo costoso: 70 euro al pezzo, che dura 14 giorni.
Software: innanzitutto la distribuzione Jubilinux Linux per Edison e poi l'installazione di OpenAPS, di cui secondo lui l'autore dell'apparecchio ha sofferto. Successivamente è stato necessario impostare il trasferimento dati da CGM allo smartphone e al cloud, per il quale ha dovuto acquistare in licenza una build personale dell'applicazione xDrip (150 euro) e impostare Nightscout, che doveva essere “sposato” con OpenAPS tramite plugin speciali . Si sono verificati anche problemi con il funzionamento dell'intero dispositivo, ma la comunità Nightscout ha aiutato con successo Liam a trovare bug.
Naturalmente, può sembrare che l'autore abbia complicato eccessivamente il progetto. L'Intel Edison, da tempo fuori produzione, è stato scelto da Liam come "più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al Raspberry Pi". Il sistema operativo Apple ha inoltre aggiunto difficoltà con la licenza software e costi paragonabili a quelli di uno smartphone Android. Tuttavia, la sua esperienza è utile e si aggiungerà a molti progetti simili di dispositivi fatti in casa, progettati per migliorare significativamente la qualità della vita di molte persone per relativamente pochi soldi. Persone sempre più abituate a contare sulle proprie forze e competenze.
Liam sostiene che il diabete di tipo 1 lo ha reso non libero e il dispositivo che ha creato è un modo per riconquistare il conforto psicologico del controllo sul proprio corpo. E oltre a riacquistare il suo stile di vita normale, creare un sistema di pompa per insulina a circuito chiuso è stata per lui una potente esperienza di autoespressione. "È meglio tenere sotto controllo il metabolismo con il codice JS piuttosto che finire in ospedale", scrive.
Fonte: habr.com