ingineria biomedicală este un domeniu cu evoluție rapidă, trans-disciplinară, care implică medicină, biologie, chimie, inginerie, nanotehnologie și Informatică. Bioinginerii se află în fruntea descoperirilor științifice, creând dispozitive medicale inovatoare, vaccinuri, produse de gestionare a bolilor, roboți și algoritmi care îmbunătățesc sănătatea umană din întreaga lume.
mai jos sunt zece dintre cele mai tari bioinginerie R&d tendințe care se întâmplă în 2020.
1., Ingineria tesuturilor
tesutul viu poate fi realizat din celule biologic active, care sunt depozitate pe schele biodegradabile in conditii controlate. O populara metoda de depunere este bioprinting—un proces foarte similar cu imprimarea 3D, dar care folosește „bioinks” format din celule umane în loc de plastic.
celulele sunt imprimate în straturi subțiri care se acumulează în țesuturi vii sau părți ale corpului care pot fi implantate. Cercetătorii de la Institutul Wake Forest pentru Medicină Regenerativă au folosit o imprimantă 3D specială pentru a crea țesuturi care prosperă atunci când sunt implantate la rozătoare.
2., Plasturi transdermici
Bioinginerii au dovedit fezabilitatea tipăririi structurilor de țesuturi vii pe o imprimantă 3D specializată. Foto: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine plasturii transdermici au parcurs un drum lung de la utilizarea lor ca metodă de a rupe dependența de nicotină. Îmbunătățirile în structură, materiale și mecanisme de livrare au permis o varietate mai mare de aplicații.
De exemplu, oamenii de știință de la Universitatea Tehnologică Nanyang din Singapore au creat un plasture transdermic umplut cu medicamente care ajută la combaterea obezității., În loc să fie luați pe cale orală sau prin injecție, acești compuși sunt eliberați prin sute de microneedle biodegradabile în plasture care abia penetrează pielea. Pe măsură ce acele se dizolvă, medicamentele sunt eliberate lent în organism.
3. Dispozitivele purtabile
senzorii, firele și electronica care sunt flexibile, impermeabile și extensibile pot fi imprimate 3D sau țesute în țesătură., Tehnologiile purtabile devin din ce în ce mai multifuncționale și pot monitoriza mai mulți parametri de sănătate, cum ar fi rata pulsului și tensiunea arterială, care pot fi, de asemenea, transmise în timp real la o unitate medicală.
Aflați mai multe în infografic: ce este bioingineria?
Smart clothing controlează temperatura corpului folosind polimeri speciali și guri de aerisire sensibile la umiditate care se deschid atunci când este necesar. S-a propus ca controlul individualizat al temperaturii prin îmbrăcăminte să reducă costurile de încălzire și răcire ale unei clădiri cu până la 15%.
4., Chirurgii robotici și reabilitarea
cercetătorii au creat un plasture transdermic plin de droguri care luptă împotriva obezității. Foto: Universitatea Tehnologică Nanyang producătorii de roboți fac roboți multifuncționali pentru a ajuta chirurgii în sala de operație. Conduse de aportul medicilor, aceste dispozitive robotizate îi ajută să manipuleze instrumentele cu mare precizie în moduri pe care nu le puteau face singure. Acest lucru este valabil mai ales pentru intervențiile chirurgicale minim invazive.,
roboții sunt, de asemenea, extrem de utili pentru persoanele care au suferit accidente vasculare cerebrale sau leziuni cerebrale, pentru a relansa sarcinile motorii. De exemplu, Lokomat este un sistem de antrenament de mers care utilizează un exoschelet robotic și o banda de alergare pentru a ajuta pacienții să-și recâștige funcțiile de bază de mers pe jos. De asemenea, permite terapeutului să controleze viteza de mers și cât de mult sprijină picioarele robotizate pacientului.
5. Nanorobots
cercetătorii lucrează din greu proiectând Roboți de dimensiuni nano care sunt suficient de mici pentru a intra în sânge și pentru a îndeplini anumite sarcini, cum ar fi uciderea celulelor canceroase.,
proiectele Nanorobot includ structuri pe bază de ADN care conțin medicamente care luptă împotriva cancerului care se leagă numai cu o proteină specifică găsită pe tumorile canceroase. După atașare, robotul își eliberează medicamentul în tumoare.
prin livrarea agenților farmaceutici exact acolo unde sunt necesari, organismul nu este supraîncărcat cu toxicitate, iar efectele secundare sunt mai puține sau mai puțin intense, îmbunătățind experiența pacientului.
6. Realitatea virtuală
țesăturile și textilele inteligente pot simți fiziologia uzurii și pot răspunde., Foto: UC San Diego VR este un instrument deosebit de valoros în domeniul medical datorită modului în care poate prezenta datele detaliate preluate din imaginile medicale 3D. Datele pot crea o vedere 3D incredibil de detaliată a corpului unui pacient sau a zonei de interes medical—de exemplu, sistemul cardiovascular.
videoclip similar: cum funcționează o trestie robotică?
modelul poate fi examinat din toate unghiurile și punctele de interes pentru a determina cel mai bun mod de a efectua o procedură. Chirurgii pot practica chiar și o procedură complexă de mai multe ori înainte de ao efectua.,
VR este, de asemenea, un instrument critic de predare—studenții medicali, de exemplu, ar putea efectua disecții virtuale în loc să folosească cadavre.
7. Microbule
cercetătorii continuă să caute noi modalități de a livra selectiv medicamente în anumite zone țintă, evitând astfel deteriorarea celulelor și țesuturilor sănătoase. O abordare unică sunt microbulele, care sunt particule foarte mici, de dimensiuni micronice, umplute cu gaz.,
„Microbule încărcate cu medicamente poate fi injectat în organism, și se va distribui peste tot, dar nu pot apoi perturba microbule de către un fascicul de ultrasunete și de droguri vor fi livrate în mod special în cazul în care medicamentul este nevoie”, a spus Beata Chertok, profesor asistent de științe farmaceutice și inginerie biomedicală de la Universitatea din Michigan. Microbulele pot fi, de asemenea, tratate cu o substanță care le va face să adere la tumori fără a fi nevoie de ultrasunete.
8., Prim editare
reabilitarea robotică ajută pacienții să-și recâștige mersul pe jos sau alte funcții. Foto: Hocoma această nouă tehnică de editare a genelor se bazează pe succesele editării de bază și ale tehnologiei CRISPR-Cas9. Editarea Prime rescrie ADN-ul prin tăierea doar a unui singur fir pentru a adăuga, elimina sau înlocui perechile de baze. Această metodă permite cercetătorilor să editeze mai multe tipuri de mutații genetice decât abordările existente de editare a genomului, inclusiv CRISPR-Cas9.,
Lectură suplimentară: CRISPR Tech pentru a detecta Ebola
până în prezent, metoda a fost testată doar cu celule umane și de șoarece.”impacturile potențiale includ posibilitatea de a corecta direct o fracțiune mult mai mare a mutațiilor care provoacă boli genetice și posibilitatea de a introduce modificări ale ADN-ului în culturi care au ca rezultat alimente mai sănătoase sau mai durabile”, a declarat David Liu, director al Institutului Merkin pentru Tehnologii Transformative în asistență medicală la Institutul Broad din Harvard și MIT.
9., Tehnologiile chip-on-A-Chip permit construirea de modele de microscară care simulează fiziologia umană în afara corpului. Organs-on-chips sunt folosite pentru a studia comportamentul țesuturilor și organelor în dimensiuni mici, dar complet funcționale, pentru a înțelege mai bine comportamentul țesuturilor, progresia bolii și interacțiunile farmaceutice.
De exemplu, procesele de inflamație pot fi studiate pentru a determina modul în care este declanșată inflamația și valoarea acesteia ca indicator de avertizare timpurie pentru afecțiunile medicale subiacente, inclusiv răspunsurile autoimune., Alte procese fiziologice studiate pe cipuri includ tromboza, încărcarea mecanică a articulațiilor și îmbătrânirea.
10. Mini Bioreactori
nanorobotii livrează medicamente pentru combaterea tumorilor. Imagine: Universitatea de Stat din Arizona Bioreactorii sunt sisteme care susțin organismele biologic active și subprodusele lor. Bioreactoarele mai mici sunt mai ușor de gestionat și necesită volume mai mici de eșantioane., Progresele în capacitățile de fabricație microfluidic face acum posibil pentru a proiecta bioreactori microscară care pot încorpora enzime sau alte biocatalizatori, precum și sisteme de extracție de precizie, pentru a produce produse extrem de pure.
aceste sisteme oferă screening economic de mare capacitate, folosind doar cantități mici de reactivi, în comparație cu reactoarele convenționale la scară de banc. Pe măsură ce imprimarea 3D devine mai rafinată, ar trebui să fie posibilă fabricarea bioreactoarelor miniaturale cu căi de curgere mai neobișnuite sau camere de cultură special concepute.,miniaturizarea, inovațiile materiale, medicina personalizată și fabricarea aditivilor sunt tendințe cheie de inginerie pe care cercetătorii biomedic sunt dornici să le încorporeze în desenele lor. Aceste tehnologii, de fapt, deschid o gamă largă de noi opțiuni de proiectare care nu au fost posibile folosind metode convenționale de fabricație.,
Aceste R&D progrese sunt, de asemenea, se întâmplă la o rată de creștere—bioingineri trebuie să țină pasul cu perturbator tehnologii și inovații pentru a face cele mai bune produse și mențină sau să-și sporească cota de piață și reputația de brand.
Mark Crawford este un scriitor de tehnologie cu sediul în Corrales, N. M.