Biomedicínské inženýrství

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 9. dubna 2015; kontroly vyžadují 34 úprav .

Biomedicínské inženýrství je jednou z oblastí vědy  a techniky , která studuje a rozvíjí aplikaci inženýrských principů a koncepcí v oblasti medicíny a biologie k vytvoření umělých orgánů , ke kompenzaci nedostatku fyziologických funkcí ( biomedicínské inženýrství ) k vytvoření geneticky modifikovaných organismů , včetně kulturních rostlin a hospodářských zvířat ( genové inženýrství ), stejně jako molekulární modelování a syntéza chemických sloučenin s předem určenými vlastnostmi ( proteinové inženýrství , inženýrská enzymologie ) [1] . Lékařské inženýrství spojuje dovednosti inženýrství a lékařských a biologických věd v oblasti designu a řešení problémů s cílem zlepšit péči o zdraví, včetně diagnostiky, monitorování a terapie založené na základních principech molekulární a buněčné biologie [2] .

Biomedicínské inženýrství se ve srovnání s mnoha jinými inženýrskými obory objevilo jako samostatný studijní obor teprve nedávno. Takový pokrok zobecňuje nové přechody z těchto interdisciplinárních specializací mezi již zavedené obory, které jsou v současnosti považovány za obor sám o sobě. Tato oblast vědy a techniky je navržena tak, aby překlenula propast mezi inženýrskou vědou (technologií) a medicínou s cílem zlepšit kvalitu lékařské péče , včetně diagnostiky, sledování a léčby nemocí [3] . V nelékařských aspektech je navíc biomedicínské inženýrství úzce propojeno s biotechnologií .

Mezi nejvýznamnější biomedicínské technické pokroky patří: vývoj biokompatibilních protéz, různých diagnostických a terapeutických lékařských zařízení. Počínaje klinickým vybavením, mikroimplantáty, zobrazovacími zařízeními, jako je zobrazování magnetickou rezonancí EEG , růst regenerační tkáně, léčiva a terapeutické biologické přípravky.

Neuroinženýrství

Neuroinženýrství . Inženýrství nervového systému (také známé jako neuroinženýrství nebo neurochirurgie) je disciplína, která využívá inženýrské techniky k pochopení, opravě, nahrazení nebo zlepšení fungování nervového systému. Neurochirurgickí inženýři musí být mimořádně kvalifikovaní k řešení konstrukčních problémů na rozhraní mezi životem nervové tkáně a neživých struktur.

Farmaceutické inženýrství

Farmaceutický průmysl je interdisciplinární věda, která zahrnuje inženýrství léků, dodávání léků, farmaceutické technologie, chemické inženýrství a farmaceutickou analýzu. Může být zaměněn za část farmacie kvůli důrazu na využití technologie chemických přísad a léčiv při poskytování lepší lékařské péče. International Society for Technical Pharmacy je mezinárodní svaz, který potvrzuje v současnosti rychle se rozvíjející interdisciplinární vědu.

Technologie transplantace tkání a orgánů

Tkáňové inženýrství , stejně jako genetické inženýrství, je jedním z hlavních segmentů biotechnologie, který se výrazně prolíná s BMI.

Jedním z cílů tkáňového inženýrství je vytvořit umělé orgány (s využitím biologických materiálů) pro pacienty, kteří potřebují transplantaci orgánů. Biomedicínští technologové a inženýři v současné době zkoumají metody, jak takové orgány vytvořit. Vědci k dosažení těchto cílů replikovali tvrdé kosti [4] a průdušnice z lidských kmenových buněk . Několik umělých měchýřů, které byly vyrobeny v laboratořích, bylo úspěšně transplantováno pacientům. [5] Biologicky upravené orgány, které využívají jak syntetické, tak přírodní biologické složky modifikované biologickými molekulami [6] , jsou také ve vývoji. Například jaterní zařízení, která používají jaterní buňky uvnitř umělých bioreaktorových struktur.

Genetické inženýrství

Genetické inženýrství je soubor technik, metod a technologií pro získávání rekombinantní  RNA  a  DNA, izolaci  genů  z organismu (buněk), manipulaci s geny,  modifikaci , lepení genů a jejich zavádění do jiných organismů.

Na rozdíl od tradičního šlechtění, nepřímé metody genetické manipulace, genetické inženýrství využívá moderní nástroje, jako je molekulární klonování a transformace, k přímé změně struktury a vlastností cílových genů. Genetické inženýrství našlo úspěch v mnoha odvětvích bioinženýrství. Příkladem může být zdokonalování technologií rostlinné výroby (ne lékařské aplikace, ale systémy biologického inženýrství), výroba syntetického inzulínu pro člověka pomocí modifikovaných bakterií, produkce nových typů experimentálních myší pro další výzkum.

Lékařské vybavení

Lékařská technologie je extrémně široká kategorie, která v podstatě zahrnuje všechny produkty zdravotní péče, které dosahují zamýšlených výsledků v kombinaci s léčivými chemikáliemi (např. farmaceutika) nebo biologickými látkami (např. vakcínami). Lékařská zařízení se používají k diagnostice , prevenci nebo léčbě různých onemocnění.

Seznam některých zdravotnických prostředků a zařízení: kardiostimulátory, defibrilátory , infuzní pumpy, ventilátory , umělé orgány, implantáty , protézy , korekční čočky, oční protézy, obličejové a zubní implantáty.

Bez speciálních zdravotnických prostředků by bylo obtížné dosáhnout účinku léků na lidský organismus, stejně jako zavádění léčivých chemikálií do těla. Zatímco léky s pomocí zdravotnických prostředků působí na živý organismus mnohem efektivněji prostřednictvím různých fyzikálních, mechanických či tepelných účinků.

Stereolitografie je praktickou ukázkou lékařského modelování a používá se k vytváření fyzických objektů. Pro simulaci orgánů a lidského těla se nově vznikající inženýrské techniky v současnosti využívají také při výzkumu a vývoji nových zařízení pro inovativní terapii, [7] léčbu [8] monitorování pacienta, [9] monitorování komplexních komplexních onemocnění.

Lékařská zařízení jsou regulována a klasifikována (v USA) takto:

Třída I – Zařízení představují pro pacienta minimální poškození a mají jednodušší konstrukci než zařízení Třídy II nebo Třídy III. Mezi přístroje v této kategorii patří: elastické obvazy, vyšetřovací rukavice a přístroje pro otorinolaryngologii , ruční chirurgické nástroje a jiná podobná zařízení pro všeobecné použití

Zařízení třídy II uplatňují specifické kontroly kromě zařízení třídy I. Speciální kontroly mohou zahrnovat zvláštní požadavky na označování, povinné výkonové normy a dohled. Zařízení v této třídě obvykle zahrnují rentgenové přístroje, zdroje energie pro invalidní vozíky, infuzní pumpy a chirurgické roušky.

Zařízení třídy III obvykle vyžadují schválení pro dovoz a vývoz nebo oznámení před uvedením na trh, vědeckou kontrolu, aby bylo zajištěno, že zařízení je bezpečné a účinné, kromě generických kontrol třídy I. Příklady této třídy zahrnují srdeční chlopně, kyčelní a kolenní náhrady, implantáty různých typů, silikonový gel pro prsní implantáty, implantované mozečkové stimulátory, implantabilní generátory pulzů a intraoseální implantáty (uvnitř kosti).

Lékařské zobrazování

Vizualizace obrazu je důležitou součástí zdravotnických prostředků. Tato oblast se zabývá lékaři a umožňuje jim přímo či nepřímo se dívat na věci, které jsou běžně neviditelné (kvůli jejich velikosti nebo umístění). To může zahrnovat použití ultrazvuku , magnetismu, UV záření , radiového záření a dalších prostředků.

MRI je příkladem aplikace diagnostického zobrazování v biomedicínském inženýrství.

Zobrazovací technika je velmi často nezbytnou lékařskou diagnostikou. Typicky se nejsofistikovanější technika nachází v nemocnici, včetně: fluoroskopie, magnetické rezonance (MRI), pozitronové emisní tomografie (PET), rentgenové projekce, jako je rentgenové záření a počítačová tomografie , ultrazvukové přístroje, optická mikroskopie , elektronová mikroskopie .

Implantáty

Implantát je druh lékařského zařízení, které nahrazuje chybějící biologickou strukturu a funguje jako. Povrch implantátů, který je v kontaktu s tělem, může být vyroben z biomedicínského materiálu, jako je titan, silikon v závislosti na tom, k čemu bude fungovat. V některých případech implantáty obsahují elektrická zařízení, jako je kardiostimulátor. Některé implantáty jsou bioaktivní, jako například subkutánní zařízení, která dodávají léky ve formě implantovatelných tablet.

Bionika

Umělá náhrada orgánů je jednou z věcí, které bionika dokáže . Bionika je ve skutečnosti aplikovaná věda o aplikaci principů organizace, vlastností, funkcí a struktur živé přírody v technických zařízeních a systémech, tedy forem živých věcí v přírodě a jejich průmyslových protějšků. Jednoduše řečeno, jde o spojení biologie a technologie.

Bionika může být použita k řešení některých technických problémů. Biomedicínské inženýrství je základem potřebným k nahrazení různých částí lidského těla. V nemocnicích je hodně pacientů, kteří jsou těžce poškozeni úrazem nebo nemocí. Biomedicínští inženýři pracují ruku v ruce s lékaři, aby vytvořili tyto umělé části těla.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Širinskij, Vladimír Pavlovič. Slovník nanopojmů: Bioinženýrství . Merriam-Webster Online Dictionary, 2009. Staženo 3. dubna 2015. Archivováno z originálu 4. září 2012.
  2. ↑ Sbírka úloh z inženýrské biologie . - Moskva: Výzkumná komunita, 2016. - 54 s. - doi : 10.2139/ssrn.2898429 .
  3. ↑ John Denis Enderle; Joseph D. Bronzino. Úvod do biomedicínského inženýrství  . - Academic Press , 2012. - S. 16 -. — ISBN 978-0-12-374979-6 .  (Angličtina)
  4. ↑ Čelistní kost vytvořená z kmenových buněk , BBC News  (10. října 2009). Archivováno z originálu 11. října 2009. Staženo 11. října 2009.
  5. ↑ Lékaři pěstují orgány z vlastních buněk pacientů , CNN  (3. dubna 2006). Archivováno z originálu 25. května 2017. Staženo 14. prosince 2015.
  6. ↑ Tenchurin TH, Lyundup AV, Demchenko AG, Krasheninnikov ME, Balyasin MV, Klabukov ID, Shepelev AD, Mamagulashvili VG, Orekhov AS, Chvalun SN, Dyuzheva TG Modifikace biologicky odbouratelných vláknitých skeletů s epidermálními buňkami emulze elektrospinningového faktoru pro podporu epidermálního růstu proliferace  // Geny a buňky. - 2017. - T. 12 , č. 4 . - S. 47-52 . doi : 10.23868 /201707029 . Archivováno z originálu 26. března 2022.
  7. ↑ "Nano": Nový nepřítel rakoviny Hede S, Huilgol N - J Can Res Ther . cancerjournal.net . Datum přístupu: 14. prosince 2015. Archivováno z originálu 22. prosince 2015.
  8. ↑ [1] Archivováno 2. října 2007 na Wayback Machine
  9. ↑ Adam SG Curtis, Matthew Dalby & Nikolaj Gadegaard Curtis, Adam SG; Dalby, Matthew; Gadegaard, Nikolaj. Buněčná signalizace vyplývající z nanotopografie: implikace pro nanomedicínská zařízení  //  Nanomedicína: časopis. - 2006. - Sv. 1 , ne. 1 . - str. 67-72 . — ISSN 1743-5889 . - doi : 10.2217/17435889.1.1.67 .

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
 Bioinženýrství
Oblasti bioinženýrství
Související články
Vědci
Popularizátory