Inżynieria Biomedyczna jest szybko rozwijającą się, interdyscyplinarną dziedziną, która obejmuje medycynę, biologię, chemię, inżynierię, nanotechnologię i informatykę. Bioinżynierowie są liderem odkryć naukowych, tworząc innowacyjne urządzenia medyczne, szczepionki, produkty do zarządzania chorobami, Roboty i algorytmy, które poprawiają zdrowie ludzi na całym świecie.
poniżej znajduje się dziesięć najgorętszych trendów bioinżynierii R& trendy d zachodzące w 2020 roku.
1., Inżynieria tkankowa
żywa tkanka może być wytwarzana z biologicznie aktywnych komórek, które w kontrolowanych warunkach odkładają się na biodegradowalnych rusztowaniach. Popularną metodą osadzania jest bioprinting—proces bardzo podobny do druku 3D, ale który wykorzystuje „bioinks” składający się z ludzkich komórek zamiast plastiku.
komórki są drukowane w cienkich warstwach, które gromadzą się w żywej tkance lub częściach ciała, które można wszczepić. Naukowcy z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine użyli specjalnej drukarki 3D do tworzenia tkanek, które rozwijają się po wszczepieniu u gryzoni.
2., System transdermalny
Bioinżynierowie udowodnili możliwość drukowania żywych struktur tkankowych na specjalistycznej drukarce 3D. Photo: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine plastry transdermalne przeszły długą drogę od ich stosowania jako metody przełamania uzależnienia od nikotyny. Ulepszenia w strukturze, materiałach i mechanizmach dostarczania umożliwiły większą różnorodność zastosowań.
na przykład naukowcy z Nanyang Technological University w Singapurze stworzyli system transdermalny wypełniony lekami, które pomagają w walce z otyłością., Zamiast przyjmować doustnie lub poprzez wstrzyknięcie, związki te są uwalniane przez setki biodegradowalnych mikroelementów w plastrze, które ledwo penetrują skórę. Gdy igły się rozpuszczają, leki są powoli uwalniane do organizmu.
3. Urządzenia do noszenia
Czujniki, przewody i elektronika, które są elastyczne, wodoodporne i rozciągliwe, mogą być drukowane 3D lub tkane w tkaninie., Technologie noszenia stają się bardziej wielofunkcyjne i mogą monitorować wiele parametrów zdrowia, takich jak tętno i ciśnienie krwi, które mogą być również przesyłane w czasie rzeczywistym do placówki medycznej.
dowiedz się więcej w infografice: czym jest bioinżynieria?
Smart clothing kontroluje temperaturę ciała za pomocą specjalnych polimerów i wentylatorów reagujących na wilgoć, które otwierają się w razie potrzeby. Zaproponowano, że zindywidualizowana kontrola temperatury za pomocą odzieży może obniżyć koszty ogrzewania i chłodzenia budynku nawet o 15 procent.
4., Robotic Surgeons and Rehabilitation
naukowcy stworzyli system transdermalny wypełniony lekiem, który zwalcza otyłość. Photo: Nanyang Technological University producenci robotów wytwarzają wielofunkcyjne roboty, które pomagają chirurgom na sali operacyjnej. Te zrobotyzowane urządzenia, oparte na wkładzie lekarzy, pomagają im manipulować instrumentami z dużą precyzją w sposób, którego nie mogliby zrobić sami. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku operacji małoinwazyjnych.,
roboty są również niezwykle pomocne dla osób, które doznały udarów mózgu lub urazów mózgu, aby ponownie nauczyć się zadań motorycznych. Na przykład Lokomat to system treningu chodu, który wykorzystuje zrobotyzowany egzoszkielet i bieżnię, aby pomóc pacjentom odzyskać podstawowe funkcje chodzenia. Pozwala również terapeucie kontrolować prędkość chodzenia i ile podparcia dają pacjentowi nogi robota.
5. Nanoroboty
naukowcy ciężko pracują nad projektowaniem nanorobotów, które są wystarczająco małe, aby przedostać się do krwioobiegu i wykonywać pewne zadania, takie jak zabijanie komórek nowotworowych.,
projekty nanorobotów obejmują struktury oparte na DNA zawierające leki przeciwnowotworowe, które wiążą się tylko ze specyficznym białkiem występującym na guzach nowotworowych. Po przywiązaniu robot uwalnia swój lek do guza.
dostarczając środki farmaceutyczne dokładnie tam, gdzie są potrzebne, organizm nie jest przeciążony toksycznością, a skutki uboczne są mniej lub mniej intensywne, poprawiając doświadczenie pacjenta.
6. Wirtualna rzeczywistość
inteligentne tkaniny i Tekstylia mogą wyczuć fizjologię zużycia i reagować., Photo: UC San Diego VR jest szczególnie cennym narzędziem w dziedzinie medycyny, ponieważ może prezentować szczegółowe dane pobrane z obrazów medycznych 3D. Dane mogą tworzyć niezwykle szczegółowy widok 3D ciała pacjenta lub obszaru medycznego-na przykład układu sercowo-naczyniowego.
Related Video: Jak działa robotyczna Laska?
model może być badany ze wszystkich stron i punktów zainteresowania w celu określenia najlepszego sposobu wykonania zabiegu. Chirurdzy mogą nawet ćwiczyć skomplikowaną procedurę wiele razy przed jej wykonaniem.,
VR jest również krytycznym narzędziem nauczania—studenci medycyny, na przykład, mogą wykonywać wirtualne sekcje zamiast używać zwłok.
7. Microbubbles
naukowcy nadal szukają nowych sposobów selektywnego dostarczania leków do określonych obszarów docelowych, unikając w ten sposób uszkodzenia zdrowych komórek i tkanek. Jednym z unikalnych rozwiązań są mikropęcherzyki, które są bardzo małymi cząsteczkami wielkości mikronów wypełnionymi gazem.,
„mikropęcherzyki załadowane lekami mogą być wstrzykiwane do organizmu i będą rozprowadzane wszędzie, ale wtedy mogę zakłócić mikropęcherzyki za pomocą wiązki ultradźwiękowej, a lek zostanie dostarczony dokładnie tam, gdzie lek jest potrzebny” – powiedziała Beata Chertok, adiunkt nauk farmaceutycznych i inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Michigan. Mikropęcherzyki mogą być również leczone substancją, która sprawi, że będą przylegać do guzów bez potrzeby ultradźwięków.
8., Pierwsza edycja
zrobotyzowana rehabilitacja pomaga pacjentom odzyskać chodzenie lub inne funkcje. Photo: Hocoma ta nowa technika edycji genów opiera się na sukcesach edycji bazowej i technologii CRISPR-Cas9. Prime editing przepisuje DNA przez cięcie tylko jednego pasma w celu dodania, usunięcia lub zastąpienia par zasad. Metoda ta pozwala badaczom edytować więcej rodzajów mutacji genetycznych niż istniejących metod edycji genomu, w tym CRISPR-Cas9.,
Czytaj dalej: CRISPR Tech to Detect Ebola
do tej pory metoda była testowana tylko na komórkach ludzkich i mysich.
„potencjalne skutki obejmują możliwość bezpośredniego skorygowania znacznie większej części mutacji powodujących choroby genetyczne i możliwość wprowadzenia zmian DNA do upraw, które skutkują zdrowszą lub bardziej zrównoważoną żywnością”, powiedział David Liu, dyrektor Merkin Institute for Transformative Technologies in Healthcare W Broad Institute of Harvard and MIT.
9., Technologie chipowe Organ-on-A-Chip
umożliwiają budowę mikroskopowych modeli symulujących fizjologię człowieka poza ciałem. Organy na chipach są używane do badania zachowania tkanek i narządów w małych, ale w pełni funkcjonalnych rozmiarach próbek, aby lepiej zrozumieć zachowanie tkanek, postęp choroby i interakcje farmaceutyczne.
na przykład procesy zapalne można badać w celu określenia, w jaki sposób zapalenie jest wyzwalane i jego wartość jako wskaźnik wczesnego ostrzegania dla podstawowych schorzeń, w tym odpowiedzi autoimmunologicznych., Inne procesy fizjologiczne badane na chipach obejmują zakrzepicę, mechaniczne obciążenie stawów i starzenie się.
10. Mini bioreaktory
nanoroboty dostarczają leki zwalczające nowotwory. Image: Arizona State University bioreaktory są systemami, które wspierają biologicznie aktywne organizmy i ich produkty uboczne. Mniejsze bioreaktory są łatwiejsze w zarządzaniu i wymagają mniejszych objętości próbek., Postępy w zakresie możliwości wytwarzania mikroprzepływu umożliwiają teraz projektowanie bioreaktorów mikroskopowych, które mogą zawierać enzymy lub inne biokatalizatory, a także precyzyjne systemy ekstrakcji, w celu wytworzenia wysoce czystych produktów.
systemy te zapewniają ekonomiczne przesiewanie o wysokiej przepustowości, przy użyciu tylko niewielkich ilości odczynników, w porównaniu z konwencjonalnymi reaktorami stacjonarnymi. Ponieważ druk 3D staje się bardziej wyrafinowany, powinna istnieć możliwość wytwarzania miniaturowych bioreaktorów o bardziej nietypowych ścieżkach przepływu lub specjalnie zaprojektowanych komorach kulturowych.,
przyszłe trendy
miniaturyzacja, Innowacje materiałowe, spersonalizowana medycyna i produkcja addytywna to kluczowe trendy inżynieryjne, które naukowcy biomedyczni chętnie włączają do swoich projektów. Technologie te otwierają w rzeczywistości szeroki wachlarz nowych możliwości projektowych, które nie były możliwe przy użyciu konwencjonalnych metod produkcji.,
te r&postęp D również dzieje się w coraz większym tempie-bioinżynierowie muszą nadążyć za przełomową technologią i innowacjami, aby tworzyć najlepsze produkty i utrzymać lub zwiększyć swój udział w rynku i reputację marki.
Mark Crawford jest pisarzem Technologicznym z Corrales, N. M.