Spis treści:
Inżynieria biomedyczna jako dział biotechnologii rozwija się w zachwycającym tempie. To interdyscyplinarna dziedzina, która obejmuje biologię, chemię, medycynę i szerokie nauki techniczne. Bioinżynierowie są na czele odkryć naukowych. Dzięki ich pracy powstają innowacyjne urządzenia medyczne, które pomagają dbać o ludzkie zdrowie i życie na całym świecie.
Bioinżynieria ma zastosowanie w tych gałęziach nauki i przemysłu, w których wykorzystuje się nowoczesne technologie. Pandemiczny rok 2020 odsunął pewne odkrycia związane z bioinżynierią na dalsze plany, jednak nie znaczy to, że ośrodki badawcze, diagnostyczne i kontrolne zawiesiły pracę. Już w samej nazwie tej gałęzi wiedzy kryje się fascynująca fuzja słów “bio” i “inżynieria”, która kilkadziesiąt lat temu brzmiała jak sprzeczność.
Spójrzmy na zbiór trendów R&D (research & development) z gałęzi bioinżynierii w roku 2020.
1. Inżynieria tkankowa
Inżynieria tkankowa jest dziedziną inżynierii biomedycznej, która wykorzystuje połączenie komórek organicznych, metod materiałowych oraz odpowiednich czynników biochemicznych i fizykochemicznych do utrzymania, regeneracji lub nawet zastąpienia różnych typów tkanek biologicznych. Żywe tkanki mogą być wytwarzane z biologicznie aktywnych komórek, które w kontrolowanych warunkach są osadzane na biodegradowalnych rusztowaniach kostnych – inaczej skafoldów od angielskiego scaffolds.
Popularną metodą osadzania jest bioprinting – proces bardzo podobny do druku 3D, ale wykorzystujący “bioinkubatory” składające się z ludzkich komórek zamiast plastiku. Komórki są drukowane w cienkich warstwach, które gromadzą się w żywej tkankę lub implantach. Naukowcy z Wake Forest Institute for Regenerative Medicine z Winston-Salem w Karolinie Północnej w USA wykorzystali specjalną drukarkę 3D do stworzenia tkanek, które rozwijają się po wszczepieniu gryzoniom.
2. Plastry transdermalne
Plastry na skórę przeszły długą drogę od metody przełamywania uzależnienia od nikotyny. Ulepszenia w strukturze, materiałach i mechanizmach dostarczania leków umożliwiły większą różnorodność ich zastosowań.
Naukowcy z Nanyang Technological University w Singapurze stworzyli plastry transdermalne wypełnione lekami, które pomagają w walce z otyłością. Zamiast przyjmować je doustnie lub w formie zastrzyku, związki te są uwalniane przez setki biodegradowalnych mikroigieł w plastrze, które ledwo co przenikają przez skórę. Gdy igły się rozpuszczają, leki są powoli uwalniane do organizmu. To innowacyjne podejście zmniejszyło przyrost masy ciała u myszy na diecie wysokotłuszczowej i ich masę tłuszczową o ponad 30 procent w ciągu czterech tygodni.
3. Urządzenia do noszenia - wearable tech
Nie mogły się tutaj nie znaleźć. Inteligentne ubrania oraz urządzenia na łamach bloga pojawiały się także pod koniec ubiegłego roku i z początkiem obecnego przy różnych okazjach. Czujniki, przewody i elektronika, które są elastyczne, wodoodporne i rozciągliwe, mogą być drukowane w 3D lub wplatane w tkaninę. Technologie nadające się do noszenia, tzw. wearable technologies, stają się coraz bardziej wielofunkcyjne i mogą monitorować parametry dla zdrowia i kondycji, takie jak tętno i ciśnienie krwi. Mogą być także przekazywane w czasie rzeczywistym do placówki medycznej.
Inteligentne ubrania i rehabilitacja – nowe szanse dla pacjentów?
Wyss Institute z Uniwersytetu Harvarda pokazuje, jak coś, co zdawało się być zaledwie lifestyle’owym gadżetem, z czasem staje się narzędziem pomagającym ratować ludzkie zdrowie i życie.
Inteligentne zegarki smartwatch i trackery aktywności, które stale monitorują nasz stan zdrowia, są już powszechne. Naukowcy z Imperial College London chcą posunąć tę dziedzinę dalej, opracowując czujniki i urządzenia do zastosowania w diagnostyce klinicznej lub w punktach opieki. Prowadząc badania nad stworzeniem nowych urządzeń biosensorowych, które mogą mierzyć szeroki zakres biomarkerów, mają nadzieję na pomiar sygnałów z naszego ciała z wysokim stopniem dokładności. Doniesienia ze świata medycznego płyną cały czas, choć trzeba się wsłuchiwać – nie trzeba do tego earables. Inna ciekawa propozycja to inteligentna odzież, która kontroluje temperaturę ciała dzięki zastosowaniu specjalnych polimerów i reagujących na wilgoć otworów wentylacyjnych. Mogłaby ona z pewnością zmniejszyć koszty ogrzewania i chłodzenia budynku.
4. Robotyka w chirurgii i rehabilitacja
Robotyczni chirurdzy już istnieją, owszem. Pozostaje kwestia fachowej obsługi tych maszyn, a tego zaszczytu dostępują tylko niektórzy, i spore koszty, z powodu których roboty chirurgiczne są od dawna obiektem krytyki. Wysoka precyzja w sterowaniu przez lekarzy jest jednak szczególnie istotna zwłaszcza w przypadku operacji małoinwazyjnych. Roboty są także pomocne dla osób, które doznały udaru lub urazu mózgu, a dla których rehabilitacja oznacza odzyskanie szeroko rozumianej motoryki.
Systemy do zajęć wykorzystują zrobotyzowany egzoszkielet i bieżnię, aby pomóc pacjentom nauczyć się ponownie umiejętności chodzenia. Pozwalają terapeutom kontrolować prędkość chodzenia i stopień wsparcia dla pacjenta poprzez zrobotyzowane nogi. Można je również programować tak, by ograniczały lub zapobiegały niepożądanym i przeciwskazanym ruchom. Nie męczą się, wspierają wykwalifikowanych klinicystów i jednocześnie zbierają obiektywne dane. Przykładem takiego robota jest Lokomat.
5. Nanoroboty
Projekty nanorobotów obejmują struktury oparte na DNA zawierające leki zwalczające raka, które wiążą się ze specyficznym białkiem występującym w guzach nowotworowych. Po przyczepieniu, robot uwalnia lek do guza. Dzięki dostarczaniu środków farmaceutycznych dokładnie tam, gdzie są potrzebne, organizm nie jest tak przeciążony toksycznością, a skutki uboczne są mniejsze lub mniej intensywne, co poprawia samopoczucie pacjenta.
W maleństwie jest metoda. Wykorzystanie nanorobotów
Nano to miliardowa część całości. Nanorobotów nie dostrzeżemy gołym okiem, ani nawet ich nie poczujemy. W roju mają jednak potężną moc. Sprawdźmy, co potrafią.
Element bio podkreśliliśmy chyba dostatecznie, ale warto w tym wszystkim zauważyć jeszcze jedno – wiele rozwiązań bierze się z podglądania przyrody. Tak jak starogreckie mimesis, czyli naśladownictwo, istnieje w sztuce, tak i wśród inżynierów spotykamy się z pojęciem biomimetyki. Przyroda przygotowała dla nas liczne pomoce naukowe w tworzeniu nowych rozwiązań. Kopiowanie rozwiązań będących codziennością zwierząt takich jak pająki, mrówki czy pszczoły zaprowadzi nas z pewnością w nowe, niezbadane miejsca. Idealna pajęczyna i tkactwo (warto tu wspomnieć, że wciąż nie udało się wytworzyć wyjątkowego materiału, jakim jest pajęczyna), niespotykany udźwig ciał malutkich robotnic z mrowiska, struktura liścia lotosu, tworzenie idealnych plastrów miodu albo nauka geografii w szkole bocianów czy gołębi, które zawsze trafiają tam, dokąd się kierują, wciąż zaskakują swoją doskonałością.
3 Responses
Uwielbiam Twój blog. Masz taki wspaniały styl pisania. Podobał mi się ten artykuł, ponieważ pokazuje interesujące trendy w bioinżynierii.
Ten post był bardzo pouczający i bardzo łatwy do przeczytania. Bardzo podoba mi się część zatytułowana: “Robotyka w chirurgii i rehabilitacja”
Podoba mi się twój artykuł. Przyszłość bioinżynierii jest bardzo ekscytująca.