«Ora sono un cyborg!» – afferma orgogliosamente Liam Zibidi, un giovane programmatore, blockchain/Fullstack engineer e scrittore, come si presenta sulle pagine del suo . All’inizio di agosto ha completato il suo progetto DIY per la creazione di un dispositivo indossabile, che ha chiamato con non falsa modestia «pancreas artificiale». Si tratta più precisamente di una pompa insulinica auto-regolante, e il nostro cyborg non ha scelto facili vie in alcuni aspetti della sua creazione. Maggiori dettagli sul concetto del dispositivo e sulle tecnologie open source su cui si è basato – di seguito nell’articolo.
Le illustrazioni, ad eccezione del diagramma del dispositivo, sono tratte da
Diabete per principianti
Liam ha il diabete di tipo 1.
Se correttamente, la parola «diabete» indica un gruppo di malattie caratterizzate da un aumento della diuresi, ovvero dalla produzione di urina, ma la percentuale di pazienti con diabete mellito (DM) è maggiore, e il nome abbreviato è diventato l'usuale designazione del DM. Già nel Medioevo, molti pazienti con DM mostravano la presenza di zucchero nelle urine. Ci è voluto molto tempo prima della scoperta dell'ormone insulina (che sarebbe diventato il primo proteina completamente sequenziata nella storia) e del suo ruolo nella patogenesi del DM.
L'insulina è un ormone cruciale che regola il metabolismo di molte sostanze, ma il suo impatto principale è sul metabolismo dei carboidrati, compreso il «principale» zucchero — il glucosio. Per il metabolismo del glucosio nelle cellule, l'insulina funge, in termini semplici, da molecola segnale. Sulla superficie delle cellule ci sono molecole recettori speciali per l'insulina. «Attaccandosi» a questi recettori, l'insulina avvia una cascata di reazioni biochimiche: la cellula inizia a trasportare attivamente il glucosio all'interno attraverso la sua membrana e a trasformarlo internamente.
Il processo di produzione dell'insulina può essere paragonato all'operato di volontari che si mobilitano per affrontare un'inondazione. Il livello di insulina dipende dalla quantità di glucosio: più ce n'è, maggiore sarà l'aumento del livello complessivo di insulina in risposta. Ribadisco: ciò che conta è il livello nei tessuti, non la quantità di molecole, che è direttamente proporzionale al glucosio, poiché l'insulina non si lega al glucosio né viene consumata nel suo metabolismo, proprio come i volontari non bevono l'acqua in arrivo, ma costruiscono argini di un'altezza specifica. È necessario mantenere questo determinato livello di insulina sulla superficie delle cellule, così come l'altezza degli argini temporanei nelle aree allagate.
È evidente che quando l'insulina inizia a scarseggiare, il metabolismo del glucosio viene compromesso; questo non entra nelle cellule, accumulandosi nei fluidi biologici. Questo è il patogenesi del diabete. In passato esisteva una terminologia confusa "diabete insulinodipendente/non insulinodipendente", ma è più corretto classificarlo in questo modo: il diabete di tipo 1 è una carenza fisica di insulina (la causa, nella maggior parte dei casi, è la morte delle cellule del pancreas); il diabete di tipo 2 è una riduzione della risposta dell'organismo ai livelli della propria insulina (le cause non sono completamente chiarite e sono varie). Il tipo 1: i volontari sono diminuiti e non riescono a costruire le dighe; il tipo 2: le dighe hanno un'altezza normale, ma sono bucate o costruite in modo errato.
Problema di regolazione manuale
Entrambi i tipi, come si comprende, portano a livelli elevati di glucosio al di fuori delle cellule — nel sangue, nelle urine, il che ha un'influenza negativa su tutto l'organismo. Si è costretti a vivere contando e nelle siringhe e nei piatti rispettivamente. Ma non si può sempre regolare a mano ciò che l'organismo stesso ha fatto. L'uomo deve dormire, e durante il sonno il livello di insulina continua a scendere; un individuo può non riuscire a mangiare in tempo a causa di circostanze quotidiane — e allora il suo zucchero scenderà a causa del livello di insulina trattenuto artificialmente. In sostanza, la vita si rivela come un tunnel con dei limiti del livello di glucosio, con il coma sia sopra che sotto di esso.
Una parte della soluzione a questo problema è rappresentata dai moderni dispositivi che hanno preso il posto delle siringhe: le pompe per insulina. Questo dispositivo utilizza un ago sottocutaneo inserito in modo permanente per la somministrazione automatica e dosata di insulina. Tuttavia, una somministrazione comoda da sola non garantisce una corretta terapia sostitutiva con insulina senza dati sul livello attuale di glucosio. Questo è un ulteriore grattacapo per medici e biotecnologi: test rapidi e previsioni corrette della dinamica dei livelli di insulina e glucosio. Tecnologicamente, questo è stato realizzato attraverso sistemi di monitoraggio continuo della glicemia — CGM. Si tratta di vari dispositivi che leggono continuamente i dati da un sensore costantemente inserito sotto la pelle. Questo metodo è meno invasivo e più attraente per gli utenti rispetto a quello classico. , ma quest'ultimo è più preciso ed è raccomandato se il livello di zucchero è notevolmente «abbassato» o cambia rapidamente nel tempo.
Il legame intermedio in questo sistema è una persona—di solito il paziente stesso. Questa persona regola l'apporto di insulina in base alle indicazioni del glucometro e alla tendenze attese—se ha mangiato cibi zuccherati o se sta per saltare un pasto. Ma in un contesto di elettronica precisa, l'essere umano diventa il punto debole—cosa succederebbe se, nel sonno, dovesse avere un'ipoglicemia severa e perdere conoscenza? Oppure si comporterebbe in modo inadeguato, dimenticando o impostando male il dispositivo, specialmente se è ancora un bambino? A fronte di tali situazioni, molte persone stanno pensando di creare sistemi con retroazione—affinché il dispositivo di somministrazione dell'insulina si basi sui dati provenienti dai sensori di glucosio.
Retroazione e open source
Tuttavia, sorge subito un problema—ci sono molte pompe e glucometri disponibili sul mercato. Inoltre, si tratta di dispositivi esecutivi, che necessitano di un processore e di un software comune per gestirli.
Già su Habra erano stati pubblicati articoli [, ] sul tema dell'integrazione di due dispositivi in un'unica sistemazione. Oltre ad aggiungere un terzo case, parlerò brevemente di progetti globali che uniscono le forze di appassionati desiderosi di costruire sistemi simili da soli.
Il progetto OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, sistema di pancreas artificiale libero), fondato da Dana Lewis di Seattle. Alla fine del 2014, lei, anche diabetica di tipo 1, ha deciso di intraprendere tale esperimento. Dopo aver provato e successivamente descritto in dettaglio il suo dispositivo, ha infine aperto , dove viene descritto in dettaglio come collegare il proprio CGM e pompa, in varie versioni di diversi produttori, con i necessari dispositivi intermedi, opzioni software su GitHub, e con una vasta documentazione fornita da una comunità di utenti in crescita. L'aspetto più importante su cui si concentra OpenAPS è che «noi vi aiuteremo con istruzioni dettagliate, ma dovete fare tutto da soli». Infatti, tali attività sono a un passo da severe sanzioni da parte della FDA (Food and Drug Administration americana, che regola tutti i medicinali e i dispositivi medici). E se non può impedirti di modificare strumenti certificati e combinarli in sistemi fai-da-te per uso personale, qualsiasi tentativo di aiutarti a farlo o di vendere tali sistemi sarà severamente punito. Un secondo ma non meno importante concetto di OpenAPS è la sicurezza del sistema fai-da-te. La documentazione è composta da e algoritmi chiari e dettagliati che mirano a garantire che il paziente possa aiutarsi, e non farsi del male.
finestra dell'account Nightscout
Un altro progetto, , consente agli utenti di caricare dati dai propri dispositivi CGM nello storage cloud in tempo reale tramite smartphone, smartwatch e altri dispositivi, oltre a visualizzare e elaborare i dati ricevuti. Il progetto è focalizzato su un utilizzo dei dati il più informativo e conveniente possibile e include anche guide dettagliate, ad esempio, di glucometri con smartphone di vari sistemi operativi e software necessari e trasmettitori intermedi.
La visualizzazione dei dati è fondamentale per identificare le fluttuazioni giornaliere della glicemia nel proprio stile di vita e per eventuali correzioni del comportamento e delle abitudini alimentari, per trasmettere i dati in un formato grafico conveniente su smartphone o smartwatch, per prevedere le tendenze dei livelli di glicemia nel prossimo futuro; inoltre, questi dati possono essere letti e elaborati dal software OpenAPS. È proprio questo che Liam utilizza nel suo progetto. Nella KDPV dell'articolo — i suoi dati personali dal servizio cloud, dove la 'forchetta' viola a destra rappresenta i livelli di glicemia previsti, previsti da OpenAPS.
Il progetto di Liam
Puoi leggere in dettaglio del progetto nella relativa voce del blog; proverò solo a riassumerlo in modo più schematico e visivo.
L'hardware comprende i seguenti dispositivi: la pompa per insulina Medtronic, che Liam aveva già; il CGM (glucometro) FreeStyle Libre con sensore NFC; a questo si aggiunge il trasmettitore MiaoMiao, che invia i dati dal sensore NFC cutaneo allo smartphone via Bluetooth; un microcomputer Intel Edison, come processore per gestire l'intero sistema tramite Open APS; l'Explorer HAT, un radiotrasmettitore per collegare quest'ultimo allo smartphone e alla pompa.
Il cerchio si è chiuso.
Tutta la parte hardware è costata a Liam 515 euro, esclusa la pompa, che aveva già in precedenza. Tutti i materiali sono stati ordinati su Amazon, incluso l'Edison, che è stato dismesso. Inoltre, i sensori sottocutanei per il CGM Libre non sono un consumo economico — 70 euro ciascuno, che durano 14 giorni.
Software: in primis, il sistema operativo Linux Jubilinux per Edison e successivamente l’installazione di OpenAPS, con cui l’autore del dispositivo, a suo dire, ha avuto non poche difficoltà. Successivamente, la configurazione della trasmissione dei dati dal CGM allo smartphone e al cloud, per cui è stata necessaria la licenza di una versione personalizzata dell’app xDrip (150 euro) e la configurazione di Nightscout — doveva essere "unito" a OpenAPS tramite plugin speciali. Ci sono stati anche problemi con il funzionamento dell’intero dispositivo, ma la community di Nightscout ha aiutato Liam con successo nella ricerca di bug.
Certo, può sembrare che l’autore abbia complicato il progetto. Già da tempo fuori produzione, l’Intel Edison è stato scelto da Liam come "più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al Raspberry Pi". Il sistema operativo Apple ha anche aggiunto difficoltà con la licenza software e costi comparabili a quelli di uno smartphone Android. Tuttavia, la sua esperienza è utile e contribuirà a una serie di progetti simili di dispositivi fai-da-te, che mirano a migliorare significativamente la qualità della vita di molte persone a un costo relativamente contenuto. Persone che sono sempre più abituate a fare affidamento sulle proprie capacità e competenze.
Liam riflette sul fatto che il suo CDI di prima generazione lo ha reso non libero, e il dispositivo che ha creato è un modo per ripristinare il comfort psicologico del controllo sul proprio corpo. Oltre a riconquistare uno stile di vita normale, la creazione di un sistema di pompa insulinica con feedback è stata per lui un'esperienza potente di autoespressione. "Meglio tenere sotto controllo il proprio metabolismo con del codice JS piuttosto che finire in ospedale" - scrive.
Fonte: habr.com
