Биомедицинская инженерия

Биомедици́нская инженери́я (англ. biomedical engineering) — одно из направлений науки и техники, изучающее и развивающее применение инженерных принципов и концепций в сфере медицины и биологии для создания искусственных органов, для компенсации недостаточности физиологических функций (биомедицинская инженерия) до создания генетически модифицированных организмов, в том числе, культурных растений и сельскохозяйственных животных (генетическая инженерия), а также молекулярного моделирования и синтеза химических соединений с заранее заданными свойствами (белковая инженерия, инженерная энзимология)[1]. Инженерия в области медицины сочетает в себе проектирование и навыки решения проблем техники, а также медицинских и биологических наук для продвижения здравоохранительного лечения, в том числе диагностики, мониторинга и терапии на основе фундаментальных принципов молекулярной и клеточной биологии[2].

Пример симбиоза технических и медицинских наук: ультразвуковое исследование мочевого пузыря (чёрная тень в виде бабочки на экране — мочевой пузырь)
Имплантаты (например, в случае эндопротезирования тазобедренного сустава) тщательно подгоняются и крепятся

Биомедицинская инженерия только недавно появилась в качестве самостоятельной области исследования, по сравнению со многими другими инженерными областями. Такое продвижение обобщает  новые переходы от тех междисциплинарных специализаций среди уже установленных областей, в настоящее время рассматривается область как самостоятельная. Данное направление науки и техники призвано сократить разрыв между инженерной наукой (техникой) и медициной с целью повышения качества оказания медицинской помощи, в том числе диагностики, мониторинга и лечения заболеваний[3]. Кроме того, в немедицинских аспектах биомедицинская инженерия тесно переплетается с биотехнологией.

Самые выдающиеся биомедицинские технические разработки включают в себя: разработку биологически совместимых протезов, различные диагностические и лечебные медицинские устройства. Начиная от клинического оборудования, микро-имплантаты, аппараты визуализации, такие как магнитно-резонансная томография ЭЭГ, рост регенеративной ткани, фармацевтические препараты и терапевтические биопрепараты.

Нейроинженерия

Нейроинженерия. Направление техники в области нервной системы (также известное как нейроинженерия, нейрохирургия) является дисциплиной, которая использует технические методы, чтобы разобраться, восстановить, заменить или усилить работу нервной системы. Инженеры в области нейрохирургии должны быть исключительно квалифицированы, чтобы решить проблемы проектирования на границе жизни нервной ткани и неживых конструкций.

Фармацевтическая инженерия

Фармацевтическая промышленность является междисциплинарной наукой, которая включает технику, работающую с лекарствами,  поставку новых препаратов, фармацевтические технологии, блок операций химического машиностроения и фармацевтического анализа. Это может быть принято за часть фармации благодаря своему упору на использование технологии на химических добавках и лекарствах в обеспечении лучшего медикаментозного лечения. Международное общество по технической фармации является международным союзом, который подтверждает на данный момент быстро развивающейся междисциплинарной наукой.

Технология пересадки тканей и органов

Тканевая инженерия, как генная инженерия, является одним из основных сегментов биотехнологии - которая значительно переплетается с БМИ.

Одна из целей тканевой инженерии является создание искусственных органов (с помощью биологических материалов) для пациентов, которые нуждаются в пересадке органов. Биомедицинские технологи и инженеры в настоящее время исследуют методы создания таких органов. Исследователи размножали твердые кости [4] и трахеи из стволовых клеток человека для достижения этих целей. Несколько искусственных мочевых пузырей, которые были сделаны в лабораториях успешно пересадили пациентам.[5] Биологически созданные органы, в которых используются как синтетические и природные биологические компоненты, модифицированные при помощи биологических молекул[6], также находятся в процессе разработки. Такие как устройства для печени, которые используют клетки печени внутри искусственных конструкций биореакторов.

Генная инженерия

Генная инженерия- совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами, модификация, склейка генов и введения их в другие организмы.

В отличие от традиционной селекции, косвенный метод генетической манипуляции, генная инженерия использует современные инструменты, такие как молекулярное клонирование и трансформация, напрямую изменяющие структуру и характеристики генов-мишеней. Генная инженерии нашла успех в многочисленных ветвях биоинженерии. Примерами могут быть улучшение технологий растениеводства (не медицинского применения, но биологических инженерных систем), производство синтетического инсулина для человека путём использования модифицированных бактерий, производство новых видов подопытных мышей для дальнейших исследований.

Медицинское оборудование

Медицинская техника - это чрезвычайно широкая категория, по существу, охватывающая все продукты здравоохранения, с помощью которых достигают намеченных результатов в совокупности с лекарственными химическими веществами (например, фармацевтические препараты) или биологическими (например, вакцины). Медицинские устройства используются для диагностики, профилактики или лечения различных заболеваний.

Перечень некоторых медицинских приборов и устройств:  кардиостимуляторы, дефибрилляторы, инфузионные насосы, ИВЛ, искусственные органы, имплантаты, протезы, корректирующие линзы, глазные протезы, лицевые и зубные имплантаты.

Без специальных медицинских приборов было бы трудно достичь воздействия лекарственных препаратов на организм человека, а также и внедрения лекарственных химических веществ внутрь организма. В то время как лекарственные средства с помощью медицинских устройств воздействуют гораздо эффективнее на живой организм с помощью различных физических, механических или тепловых эффектов.

Стереолитография является практическим примером медицинского моделирования и используется для создания физических объектов. Для моделирования органов и человеческого организма, возникающие инженерные методы также используются в настоящее время в области исследований и разработки новых устройств для инновационной терапии,[7] лечения [8] мониторинга пациента,[9] мониторинга комплексных сложных заболеваний.

Медицинские приборы регулируются и классифицированы (в США) следующим образом:

Класс I - устройства представляют минимальный вред пациенту и проще по конструкции, чем устройства класса II или класса III. Устройства этой категории включают в себя: эластичные бинты, смотровые перчатки и приборы для оториноларингологии, ручные хирургические инструменты и другие аналогичные приборы общего пользования

Устройства Класса II применяются специальные элементы управления в дополнение к устройствам класса I. Специальные элементы управления могут включать в себя специальные требования к маркировке, обязательные стандарты производительности и наблюдение. Устройства этого класса, как правило включают рентгеновские аппараты, питание инвалидных колясок, инфузионные насосы и хирургические простыни.

Устройства класса III обычно требуют одобрение импорта и экспорта или пред биржевое уведомление, научный отзыв, чтобы гарантировать безопасность устройства и его эффективность, в дополнение к общим элементам управления Класса I. Примеры класса включают в себя сердечные клапаны, замены бедренных и коленных суставов, имплантаты различных типов, силиконовый гель для грудных имплантатов, имплантированные стимуляторы мозжечка , имплантируемые генераторы импульсов и внутрикостные имплантаты (внутри кости).

Медицинская визуализация

Визуализация изображений является важной частью медицинских устройств. Эта область имеет дело с врачами, позволяя им прямо или косвенно посмотреть на вещи невидимые в обычном состоянии (из-за их размера или местонахождения). Это может включать использование ультразвука, магнетизм, УФ, радиизлучение, и другие средства.

МРТ является примером применения диагностической визуализации в биомедицинской инженерии.

Технология по применению визуализации очень часто является необходимой медицинской диагностикой. Как правило, наиболее сложная техника находится в больнице в том числе: рентгеноскопия, магнитно-резонансной томографии (МРТ), позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), проекция рентгеновского излучения, таких как рентген-лучи и компьютерная томография, ультразвуковые аппараты, оптическая микроскопия, электронная микроскопия.

Имплантаты

Имплантат является своего рода медицинским устройством, которое заменяет и действует в качестве недостающей биологической структуры. Поверхность имплантатов, которая контактируют с телом может быть выполнена из биомедицинского материала, такого как титан, силикона в зависимости от того, для чего она будет функционировать. В некоторых случаях имплантаты содержат электрические устройства, например электрокардиостимулятор. Некоторые имплантаты биоактивные, такие как подкожные устройства, которые доставляют лекарственные средства, в форме имплантируемых таблеток.

Бионика

Искусственная замена органов является одной из вещей, которую может сделать бионика. По сути, бионика это прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, это соединение биологии и техники.

Бионика может применяться для решения некоторых технических проблем. Биомедицинская инженерия является фундаментом нужных для замены различных частей человеческого тела. В больницах очень много пациентов, у которых сильные повреждения из-за травм или болезней. Биомедицинские инженеры работают рука об руку с врачами, чтобы построить эти искусственные части тела.

См. также

Примечания
  1. Ширинский, Владимир Павлович. Словарь нанотерминов: Биоинженерия. Merriam-Webster Online Dictionary, 2009.. Дата обращения: 3 апреля 2015. Архивировано 4 сентября 2012 года.
  2. Сборник задач по инженерной биологии. — Москва: Исследовательское сообщество, 2016. — 54 с. — doi:10.2139/ssrn.2898429.
  3. John Denis Enderle; Joseph D. Bronzino. Introduction to Biomedical Engineering (неопр.). — Academic Press, 2012. — С. 16—. — ISBN 978-0-12-374979-6.  (англ.)
  4. Jaw bone created from stem cells, BBC News (10 октября 2009). Дата обращения 11 октября 2009.
  5. Doctors grow organs from patients' own cells, CNN (3 апреля 2006).
  6. Tenchurin T.H., Lyundup A.V., Demchenko A.G., Krasheninnikov M.E., Balyasin M.V., Klabukov I.D., Shepelev A.D., Mamagulashvili V.G., Orehov A.S., Chvalun S.N., Dyuzheva T.G. Modification of biodegradable fibrous scaffolds with Epidermal Growth Factor by emulsion electrospinning for promotion of epithelial cells proliferation // Genes and Cells. — 2017. — Т. 12, № 4. — С. 47—52. — doi:10.23868/201707029.
  7. "Nano": The new nemesis of cancer Hede S, Huilgol N - J Can Res Ther. cancerjournal.net.
  8. Архивная копия от 2 октября 2007 на Wayback Machine
  9. Adam SG Curtis, Matthew Dalby & Nikolaj GadegaardCurtis, Adam SG; Dalby, Matthew; Gadegaard, Nikolaj. Cell signaling arising from nanotopography: implications for nanomedical devices (англ.) // Nanomedicine : journal. — 2006. — Vol. 1, no. 1. — P. 67—72. — ISSN 1743-5889. — doi:10.2217/17435889.1.1.67.

Литература

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.