Le Génie Biomédical est un domaine interdisciplinaire en évolution rapide qui englobe la médecine, La biologie, la chimie, l’ingénierie, la nanotechnologie et l’informatique. Les bioingénieurs sont à l’avant-garde de la découverte scientifique, créant des dispositifs médicaux innovants, des vaccins, des produits de gestion des maladies, des robots et des algorithmes qui améliorent la santé humaine dans le monde entier.
voici dix des tendances les plus chaudes de la bioingénierie R&d en 2020.
1., Ingénierie tissulaire
Les tissus vivants peuvent être fabriqués à partir de cellules biologiquement actives, qui sont déposées sur des échafaudages biodégradables dans des conditions contrôlées. Une méthode de dépôt populaire est la bioprinting—un processus très similaire à l’impression 3D, mais qui utilise des « bioinks” constitués de cellules humaines au lieu de plastique.
Les cellules sont imprimées en couches minces qui s’accumulent dans des tissus vivants ou des parties du corps qui peuvent être implantées. Des chercheurs du Wake Forest Institute for Regenerative Medicine ont utilisé une imprimante 3D spéciale pour créer des tissus qui prospèrent lorsqu’ils sont implantés chez des rongeurs.
2., Patchs transdermiques
les bioingénieurs ont prouvé la faisabilité de l’impression de structures de tissus vivants sur une imprimante 3D spécialisée. Photo: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine les dispositifs transdermiques ont parcouru un long chemin depuis leur utilisation comme méthode pour briser la dépendance à la nicotine. Les améliorations apportées à la structure, aux matériaux et aux mécanismes de livraison ont permis une plus grande variété d’applications.
par exemple, des scientifiques de L’Université Technologique de Nanyang à Singapour ont créé un dispositif transdermique rempli de médicaments qui aident à lutter contre l’obésité., Au lieu d’être pris par voie orale ou par injection, ces composés sont libérés par des centaines de microneedles biodégradables dans le patch qui pénètrent à peine la peau. Lorsque les aiguilles se dissolvent, les médicaments sont lentement libérés dans le corps.
3. Dispositifs portables
Les capteurs, les fils et les appareils électroniques flexibles, imperméables et extensibles peuvent être imprimés en 3D ou tissés dans le tissu., Les technologies portables deviennent de plus en plus multifonctionnelles et peuvent surveiller plusieurs paramètres de santé, tels que le pouls et la pression artérielle, qui peuvent également être transmis en temps réel à un établissement médical.
En savoir plus dans L’Infographie: Qu’est-ce que la bioingénierie?
Les vêtements intelligents contrôlent la température corporelle en utilisant des polymères spéciaux et des évents sensibles à l’humidité qui s’ouvrent en cas de besoin. Il a été proposé que le contrôle individualisé de la température au moyen de vêtements pourrait réduire les coûts de chauffage et de refroidissement d’un bâtiment jusqu’à 15%.
4., Robotic Surgeons and Rehabilitation
les chercheurs ont créé un dispositif transdermique rempli de médicaments qui combat l’obésité. Photo: Université Technologique de Nanyang les fabricants de robots fabriquent des robots multifonctionnels pour aider les chirurgiens dans la salle d’opération. Poussés par la contribution des médecins, ces dispositifs robotiques les aident à manipuler les instruments avec une grande précision d’une manière qu’ils ne pourraient pas faire seuls. Cela est particulièrement vrai pour les chirurgies minimalement invasives.,
les Robots sont également extrêmement utiles aux personnes qui ont subi des accidents vasculaires cérébraux ou des lésions cérébrales, pour réapprendre les tâches motrices. Par exemple, le Lokomat est un système d’entraînement à la marche qui utilise un exosquelette robotique et un tapis roulant pour aider les patients à retrouver leurs fonctions de marche de base. Il permet également au thérapeute de contrôler la vitesse de marche et le soutien que les jambes robotiques apportent au patient.
5. Nanorobots
Les chercheurs travaillent dur à la conception de robots de taille nanométrique qui sont assez petits pour entrer dans la circulation sanguine et effectuer certaines tâches, telles que tuer les cellules cancéreuses.,
Les conceptions Nanorobot comprennent des structures à base D’ADN contenant des médicaments anticancéreux qui ne se lient qu’à une protéine spécifique trouvée sur les tumeurs cancéreuses. Après l’attachement, le robot libère son médicament dans la tumeur.
en délivrant les agents pharmaceutiques exactement là où ils sont nécessaires, le corps n’est pas surchargé de toxicité, et les effets secondaires sont moins ou moins intenses, améliorant l’expérience du patient.
6. Réalité virtuelle
les tissus et textiles intelligents peuvent détecter la physiologie de l’usure et réagir., Photo: UC San Diego VR est un outil particulièrement précieux dans le domaine médical en raison de la façon dont il peut présenter les données détaillées prises à partir d’images médicales 3D. Les données peuvent créer une vue 3D incroyablement détaillée du corps d’un patient ou d’une zone de préoccupation médicale—par exemple, le système cardiovasculaire.
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le modèle peut être examiné sous tous les angles et points d’intérêt afin de déterminer la meilleure façon d’effectuer une procédure. Les chirurgiens peuvent même pratiquer une procédure complexe plusieurs fois avant de l’effectuer.,
la réalité virtuelle est également un outil d’enseignement essentiel—les étudiants en médecine, par exemple, pourraient effectuer des dissections virtuelles au lieu d’utiliser des cadavres.
7. Microbulles
Les chercheurs continuent de chercher de nouvelles façons d’administrer sélectivement des médicaments à des zones cibles spécifiques, évitant ainsi d’endommager les cellules et les tissus sains. Une approche unique est les microbulles, qui sont de très petites particules de la taille d’un micron remplies de gaz.,
» les microbulles chargées de médicaments peuvent être injectées dans le corps, et elles seront distribuées partout, mais je peux ensuite perturber les microbulles par un faisceau d’ultrasons et le médicament sera délivré spécifiquement là où le médicament est nécessaire”, a déclaré Beata Chertok, professeur adjoint de sciences pharmaceutiques et de génie biomédical à L’Université du Michigan. Les microbulles peuvent également être traitées avec une substance qui les fera adhérer aux tumeurs sans avoir besoin d’ultrasons.
8., Prime Editing
la réadaptation robotique aide les patients à retrouver la marche ou d’autres fonctions. Photo: Hocoma cette nouvelle technique d’édition de gènes s’appuie sur les succès de l’édition de base et de la technologie CRISPR-Cas9. Prime editing réécrit L’ADN en ne coupant qu’un seul brin pour ajouter, supprimer ou remplacer des paires de bases. Cette méthode permet aux chercheurs d’éditer plus de types de mutations génétiques que les approches d’édition du génome existantes, y compris CRISPR-Cas9.,
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à ce jour, la méthode n’a été testée qu’avec des cellules humaines et de souris.
» Les impacts potentiels comprennent la possibilité de corriger directement une fraction beaucoup plus importante des mutations qui causent des maladies génétiques et la possibilité d’introduire des modifications de l’ADN dans les cultures qui aboutissent à des aliments plus sains ou plus durables”, a déclaré David Liu, directeur du Merkin Institute for Transformative Technologies in Healthcare au Broad Institute
9., Organ-on-a-Chip
Les Technologies de puces permettent la construction de modèles microscaux qui simulent la physiologie humaine à l’extérieur du corps. Les organes sur puces sont utilisés pour étudier le comportement des tissus et des organes dans des tailles d’échantillons minuscules, mais entièrement fonctionnelles, afin de mieux comprendre le comportement des tissus, la progression de la maladie et les interactions pharmaceutiques.
par exemple, les processus d’inflammation peuvent être étudiés pour déterminer comment l’inflammation est déclenchée et sa valeur en tant qu’indicateur d’alerte précoce pour les conditions médicales sous-jacentes, y compris les réponses auto-immunes., D’autres processus physiologiques étudiés sur les puces comprennent la thrombose, la charge mécanique sur les articulations et le vieillissement.
10. Mini bioréacteurs
les Nanorobots fournissent des médicaments anti-tumoraux. Image: Arizona State University les bioréacteurs sont des systèmes qui soutiennent les organismes biologiquement actifs et leurs sous-produits. Les bioréacteurs plus petits sont plus faciles à gérer et nécessitent des volumes d’échantillons moindres., Les progrès des capacités de fabrication microfluidique permettent désormais de concevoir des bioréacteurs microscopiques pouvant incorporer des enzymes ou d’autres biocatalyseurs, ainsi que des systèmes d’extraction de précision, pour produire des produits très purs.
ces systèmes fournissent un criblage économique à haut débit, en utilisant seulement de petites quantités de réactifs, par rapport aux réacteurs conventionnels à l’échelle du banc. À mesure que l’impression 3D devient plus raffinée, il devrait être possible de fabriquer des bioréacteurs miniatures avec des chemins d’écoulement plus inhabituels ou des chambres de culture spécialement conçues.,
tendances futures
la miniaturisation, les innovations matérielles, la médecine personnalisée et la fabrication additive sont des tendances d’ingénierie clés que les chercheurs biomédicaux sont désireux d’intégrer dans leurs conceptions. Ces technologies, en fait, ouvrent une vaste gamme de nouvelles options de conception qui n’étaient pas possibles en utilisant des méthodes de fabrication conventionnelles.,
ces progrès R & D se produisent également à un rythme sans cesse croissant-les bio-ingénieurs doivent suivre le rythme des technologies et des innovations de rupture pour fabriquer les meilleurs produits et maintenir ou renforcer leur part de marché et leur réputation de marque.
Mark Crawford est un rédacteur de technologie basé à Corrales, N. M.