«Ora sono un cyborg!» — dichiara orgogliosamente Liam Zibidi, un giovane programmatore, ingegnere blockchain/Fullstack e scrittore, come si presenta nelle pagine del suo . All'inizio di agosto ha completato il suo progetto DIY per creare un dispositivo indossabile, che ha senza falsa modestia definito «pancreas artificiale». Si tratta piuttosto di una pompa insulinica auto-regolante, e il nostro cyborg in alcuni aspetti della sua creazione non ha cercato strade facili. Maggiori dettagli sulla concezione del dispositivo e sulle tecnologie open source su cui si è basato — nel seguito dell'articolo.
Le illustrazioni, ad eccezione dello schema del dispositivo, sono tratte da
Diabete per principianti
Liam ha il diabete di tipo 1.
Se corretto — la parola «diabete» si riferisce a un gruppo di malattie caratterizzate da un eccesso di diuresi — produzione di urina, ma la percentuale di malati di diabete mellito (DM) è maggiore, e il nome abbreviato è diventato di uso comune per il DM. Già nel Medioevo, la maggior parte dei pazienti con DM mostrava la presenza di zucchero nelle urine. Ci è voluto molto tempo prima della scoperta dell'ormone insulina (che diventò anche la prima proteina completamente sequenziata nella storia) e del suo ruolo nella patogenesi del DM.
L'insulina è l'ormone più importante che regola il metabolismo di molte sostanze, ma la sua influenza principale è sul metabolismo dei carboidrati, compreso il «principale» zucchero — glucosio. Per il metabolismo del glucosio nelle cellule, l'insulina è, in poche parole, una molecola segnale. Sulla superficie delle cellule esistono molecole-recettori dell'insulina. «Attaccandosi» a queste, l'insulina invia un segnale all'avvio di un cascata di reazioni biochimiche: la cellula inizia a trasportare attivamente il glucosio all'interno attraverso la sua membrana e a lavorarlo al suo interno.
Il processo di produzione dell'insulina può essere paragonato al lavoro di volontari che si offrono per combattere un'alluvione. Il livello di insulina dipende dalla quantità di glucosio: più ce n'è, più alto è il livello totale di insulina in risposta. Ripeto: è importante il livello nei tessuti, non la quantità di molecole in proporzione diretta al glucosio, poiché l'insulina non si lega al glucosio e non viene utilizzata per il suo metabolismo, proprio come i volontari non bevono l'acqua che arriva, ma costruiscono argini di un'altezza definita. E è necessario mantenere questo livello specifico di insulina sulla superficie delle cellule, così come l'altezza degli argini temporanei nelle zone allagate.
È chiaro che se manca insulina, il metabolismo del glucosio si interrompe, non entra nelle cellule e si accumula nei fluidi biologici. Questo è il patogenesi del diabete. In passato esisteva una terminologia confusa come "diabete insulinodipendente/non insulinodipendente", ma è più corretto classificarlo così: il diabete di tipo 1 è una carenza fisica di insulina (di solito causata dalla morte delle cellule del pancreas); il diabete di tipo 2 è una riduzione della reazione dell'organismo ai suoi livelli di insulina (le cause non sono del tutto chiare e sono varie). Il tipo 1 significa che i volontari sono diventati pochi e non hanno tempo per costruire argini; il tipo 2 significa che gli argini sono di altezza normale, ma forsi sono perforati o costruiti in modo sbagliato.
Il problema della regolazione manuale
Entrambi i tipi, come si comprende, portano a un aumento del livello di glucosio al di fuori delle cellule — nel sangue, nelle urine, il che influisce negativamente su tutto l'organismo. Si deve vivere contando e nella siringa e nel piatto, rispettivamente. Ma non si può regolare manualmente tutto il tempo ciò che il corpo faceva da solo. Una persona deve dormire e durante il sonno il livello di insulina continua a scendere; a causa di circostanze quotidiane, una persona potrebbe non mangiare in tempo — e allora il suo zucchero scenderà a causa del livello di insulina trattenuto artificialmente. In sostanza, la vita si trova in un tunnel dei limiti del livello di glucosio, sopra e sotto i quali ci sono il coma.
In parte, la soluzione a questo problema sono i moderni dispositivi che hanno sostituito le siringhe: le pompe per insulina. Si tratta di un apparecchio che utilizza un ago sottocutaneo inserito in modo permanente per la somministrazione automatica e dosata dell'insulina. Ma una somministrazione comoda in sé non garantisce una terapia sostitutiva dell'insulina corretta senza dati sul livello attuale di glucosio. Questo rappresenta un ulteriore problema per medici e biotecnologi: test rapidi e previsioni corrette della dinamica dei livelli di insulina e glucosio. Tecnologicamente, questo si è realizzato sotto forma di sistemi di monitoraggio continuo della glicemia - CGM. Si tratta di vari dispositivi che leggono continuamente i dati da un sensore inserito sotto pelle. Questo metodo è meno traumatico e più attraente per gli utenti rispetto al classico , ma quest'ultimo è più preciso ed è raccomandato se il livello di zucchero si è abbassato drasticamente o in caso di variazioni rapide nel tempo.
Un anello intermedio in questo sistema è rappresentato dall'uomo - di solito il paziente stesso. Egli regola la somministrazione dell'insulina in base alle letture del glucometro e alla tendenza prevista - se ha mangiato qualcosa di dolce o se sta per saltare il pranzo. Tuttavia, in presenza di elettronica precisa, l'uomo diventa un anello debole: che cosa succede se durante la notte sperimenta un'ipoglicemia severa e perde conoscenza? O se si comporta in modo inadeguato, dimentica/salta/imposta male il dispositivo, soprattutto se è ancora un bambino? In questi casi, molte persone hanno iniziato a pensare alla creazione di sistemi con feedback - affinché il dispositivo di somministrazione dell'insulina si orienti sui dati provenienti dai sensori di glucosio.
Feedback e open source
Tuttavia, sorge immediatamente un problema: ci sono molti modelli di pompe e glucometri disponibili sul mercato. Inoltre, tutti questi sono dispositivi esecutivi, e hanno bisogno di un processore comune e di software che li gestisca.
Su Habr sono già stati pubblicati articoli [, ] sul tema dell'integrazione di due dispositivi in un unico sistema. Oltre ad aggiungere un terzo caso, parlerò un po' di progetti globali che uniscono gli sforzi di appassionati desiderosi di costruire tali sistemi da soli.
Il progetto OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, sistema pancreatico artificiale aperto), 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, ha infine rivelato , dove viene descritto in dettaglio come unire il proprio CGM-glucometro e la pompa, in diverse varianti di vari produttori, con i necessari dispositivi intermedi, opzioni software su Github, con una vasta quantità di documentazione da una comunità in crescita di utenti. L'aspetto più importante su cui si concentra OpenAPS è "ti forniremo istruzioni dettagliate, ma dovrai fare tutto da solo". Il fatto è che tale attività è a un passo da sanzioni severe da parte della FDA (Food and Drug Administration americana, responsabile di tutti i farmaci e dispositivi medici). E sebbene non possa vietarti di modificare dispositivi certificati e unirli in sistemi fai-da-te per usarli su te stesso, qualsiasi tentativo di assisterti nel farlo o di vendere tali dispositivi sarà severamente punito. La seconda, ma non meno importante, idea di OpenAPS è la sicurezza del sistema fai-da-te. La documentazione, sotto forma di , e algoritmi chiari e dettagliati hanno come obiettivo proprio quello di aiutare il paziente, non di nuocergli.
finestra dell'account Nightscout
Un altro progetto, , consente agli utenti di caricare i dati dai propri dispositivi CGM in un archivio cloud in tempo reale tramite smartphone, smartwatch e altri dispositivi, oltre a visualizzare e gestire i dati ricevuti. Il progetto mira a massimizzare l'informazione e l'usabilità dei dati, e comprende anche guide dettagliate, ad esempio, di glucometri con smartphone su vari sistemi operativi e il software necessario e trasmettitori intermedi.
La visualizzazione dei dati è importante per determinare le fluttuazioni quotidiane della glucosio nel tuo stile di vita e per una possibile correzione delle abitudini alimentari, per trasmettere i dati in modo grafico e comodo sullo smartphone o smartwatch, per prevedere le tendenze dei livelli di glucosio nel prossimo futuro; inoltre, questi dati possono essere letti e elaborati dal software OpenAPS. Proprio questo utilizza Liam nel suo progetto. Nella KPDA dell'articolo ci sono i suoi dati personali da un servizio cloud, dove la "forchetta" viola a destra rappresenta i livelli di glucosio previsti, predetti da OpenAPS.
Il progetto di Liam
Puoi leggere dettagliatamente del progetto nel corrispondente post del suo blog, io cercherò solo di riassumerlo in modo più schematico e visivo.
L'hardware include i seguenti dispositivi: una pompa insulinica Medtronic, che Liam aveva inizialmente; un CGM (glucosimetro) FreeStyle Libre con sensore NFC; a questo si aggiunge un trasmettitore MiaoMiao, che trasmette i dati dal sensore NFC cutaneo allo smartphone via Bluetooth; un microcomputer Intel Edison, come processore per controllare l'intero sistema usando Open APS; un Explorer HAT, un radiotrasmettitore per connettere quest'ultimo allo smartphone e alla pompa.
Il cerchio si è chiuso.
L'intera parte hardware è costata a Liam 515 euro, escludendo la pompa, che aveva già. Ha ordinato tutto su Amazon, incluso l'Edison che è stato dismesso. Inoltre, i sensori sottocutanei per il CGM Libre sono un consumo piuttosto costoso — 70 euro l'uno, che durano 14 giorni.
Software: innanzitutto, il pacchetto Linux Jubilinux per Edison e poi l'installazione di OpenAPS, con cui il creatore del dispositivo, a suo dire, ha avuto qualche difficoltà. Poi, la configurazione della trasmissione dei dati dal CGM allo smartphone e al cloud, per la quale ha dovuto licenziare una versione personale dell'applicazione xDrip (150 euro) e configurare Nightscout — doveva "unire" quest'ultimo a OpenAPS tramite plugin speciali. Ci sono state anche problematiche nel funzionamento dell'intero dispositivo, ma la comunità di Nightscout ha assistito con successo Liam nella ricerca di bug.
Certo, potrebbe sembrare che l'autore abbia complicato eccessivamente il progetto. Il già dismesso Intel Edison è stato scelto da Liam come "più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al Raspberry Pi". Anche il sistema operativo Apple ha portato delle difficoltà con la licenza software e costi simili a quelli di uno smartphone Android. Tuttavia, la sua esperienza è utile e contribuirà a molti progetti di dispositivi fai-da-te, progettati per migliorare notevolmente la qualità della vita di molte persone a un costo relativamente basso. Persone che cominciano sempre di più a contare sulle proprie forze e abilità.
Liam riflette su come il tipo 1 di diabete lo abbia reso non libero, e il dispositivo che ha creato rappresenta un modo per riconquistare il comfort psicologico di avere il controllo sul proprio corpo. Oltre a ripristinare un normale stile di vita, la creazione di un sistema di pompa insulinica con feedback è diventata per lui una potente esperienza di autoespressione. "È meglio tenere sotto controllo il mio metabolismo con un codice JS piuttosto che finire in ospedale" - scrive.
Fonte: habr.com
