CapÃtulo 2 : Engenharia biomédica

A engenharia médica, frequentemente conhecida como engenharia biomédica (BME), é a aplicação de ideias de engenharia e conceitos de design aos campos da medicina e da biologia com a finalidade de prestar cuidados de saúde (por exemplo, para fins diagnósticos ou terapêuticos). Quando se trata de avançar no tratamento de cuidados de saúde, incluindo diagnóstico, monitoramento e terapia, BME também é normalmente considerado como estando do lado das ciências lógicas. Os engenheiros biomédicos são responsáveis pela gestão dos equipamentos médicos existentes nos hospitais, ao mesmo tempo que aderem às normas adequadas da indústria. Esta responsabilidade é da competência da profissão de engenheiro biomédico. Como parte desta profissão, que também é conhecida como Técnico de Equipamentos Biomédicos (BMET) ou como engenheiro clínico, o indivíduo é responsável por fazer sugestões em relação aos equipamentos, bem como fazer testes de rotina, manutenção preventiva e compra.

Nos últimos anos, assistiu-se ao surgimento da engenharia biomédica como um campo de estudo distinto, em contraste com a maioria das outras áreas da disciplina de engenharia. Quando um novo campo evolui de uma especialização interdisciplinar entre assuntos já estabelecidos para ser considerado um campo por si só, esse tipo de evolução é uma ocorrência regular. Uma parte significativa do trabalho que é feito no tema da engenharia biomédica é composta por pesquisa e desenvolvimento, que engloba uma ampla variedade de subcampos (veja abaixo). O desenvolvimento de próteses biocompatíveis, uma grande variedade de dispositivos médicos de diagnóstico e terapêutica que vão desde equipamentos clínicos a micro-implantes, tecnologias de imagiologia como ressonância magnética (IRM) e eletrocardiograma (ECG), crescimento regenerativo de tecidos e desenvolvimento de fármacos, incluindo biofármacos, são algumas das aplicações mais notáveis da engenharia biomédica.

A disciplina de bioinformática é um campo interdisciplinar que se concentra no desenvolvimento de ferramentas e procedimentos de software com a finalidade de compreender dados biológicos. A bioinformática é uma área de estudo que combina ciência da computação, estatística, matemática e engenharia para analisar e entender dados biológicos. É um campo interdisciplinar da ciência.

Tanto um termo abrangente para o corpo de pesquisa biológica que emprega programação de computadores como parte de sua técnica e uma referência a "pipelines" de análise específicos que são frequentemente usados, notadamente no campo da genômica, a bioinformática é considerada uma frase que engloba ambos os aspetos. Uma das aplicações mais comuns da bioinformática é a identificação de genes candidatos e nucleótidos, frequentemente conhecidos como polimorfismos. É prática comum fazer tais identificações com a intenção de obter uma compreensão mais profunda dos fundamentos genéticos das doenças, adaptações distintas, características desejáveis (particularmente em animais de criação) ou características distintivas entre populações. De uma forma menos formal, a bioinformática também se esforça por compreender os princípios organizacionais que estão presentes nas sequências de ácidos nucleicos e proteínas.

O estudo da estrutura e função das características mecânicas dos sistemas biológicos, em qualquer nível, de organismos inteiros a órgãos, células e organelas celulares, usando as ferramentas da mecânica é referido como biomecânica. O estudo biomecânico pode ser aplicado a qualquer nível de sistemas biológicos.

Qualquer substância, superfície ou construção que se envolva em interação com sistemas biológicos é referida como um biomaterial. O campo dos biomateriais existe há cerca de cinquenta anos como uma disciplina científica. O campo de pesquisa conhecido como ciência dos biomateriais ou engenharia de biomateriais está preocupado com o estudo dos biomateriais. Ao longo de sua existência, foi submetida a uma expansão consistente e robusta, com inúmeras empresas colocando somas substanciais de dinheiro na criação de novos itens revolucionários. Uma série de disciplinas, incluindo medicina, biologia, química, engenharia de tecidos e ciência dos materiais, estão incluídas no campo da ciência dos biomateriais.

O estudo da interação entre tecido biológico e luz, bem como as formas pelas quais essa interação pode ser utilizada para sensoriamento, imagem e terapia, é o foco da ótica biomédica, que reúne os conceitos de física, engenharia e biologia. Imagem ótica, microscopia, oftalmoscopia, espectroscopia e tratamento são apenas algumas das muitas aplicações que podem ser realizadas com esta tecnologia. A tomografia de coerência ótica (OCT), a microscopia de fluorescência, a microscopia confocal e o tratamento fotodinâmico (TFD) são exemplos de técnicas e tecnologias que se enquadram na ótica biomédica. A técnica de tomografia de coerência ótica (OCT), por exemplo, emprega luz para gerar imagens tridimensionais de alta resolução de tecidos internos. Estas estruturas incluem a retina no olho e as artérias coronárias no coração. Através do uso de corantes fluorescentes para identificar moléculas específicas e a subsequente visualização dessas moléculas através do uso da luz, a microscopia de fluorescência é capaz de fornecer informações sobre as causas de doenças e processos biológicos. Mais recentemente, a ótica adaptativa tem melhorado a imagiologia através da correção de aberrações no tecido biológico. Isso tornou possível obter imagens de maior resolução e maior precisão em tratamentos como cirurgia a laser e imagens da retina.

Um dos subcampos mais importantes da biotecnologia é a engenharia de tecidos, que, tal como a engenharia genética (que será discutida mais adiante), tem uma quantidade substancial de sobreposição com a BME.

Um dos objetivos da engenharia de tecidos é fabricar órgãos artificiais a partir de material biológico com o objetivo de fornecer transplantes a pessoas que necessitam de órgãos. A partir de agora, engenheiros biomédicos estão conduzindo pesquisas sobre diferentes maneiras de criar órgãos desse tipo. Em um esforço para alcançar esse objetivo, os pesquisadores pegaram células-tronco humanas e produziram ossos da mandíbula sólidos e estruturas da traqueia. Foi demonstrado que é possível transplantar eficazmente bexigas urinárias artificiais em doentes humanos depois de terem sido criadas em laboratório. A investigação centra-se também nos órgãos bioartificiais, que são órgãos criados utilizando componentes sintéticos e biológicos. Um exemplo disso é o desenvolvimento de dispositivos de assistência hepática, que são construídos usando células do fígado dentro de um biorreator artificial.

A manipulação direta dos genes de um organismo é referida por uma série de nomes diferentes, incluindo engenharia genética, tecnologia de ADN recombinante, modificação/manipulação genética (GM) e emenda genética. A engenharia genética, ao contrário do melhoramento convencional, que é uma forma indireta de manipulação genética, recorre a ferramentas contemporâneas como a clonagem e transformação moleculares, a fim de alterar diretamente a estrutura e as características dos genes que estão no centro da investigação científica. Inúmeras aplicações têm sido bem-sucedidas na utilização de abordagens baseadas na engenharia genética. Alguns exemplos incluem o desenvolvimento de tecnologia de culturas (que não é uma aplicação médica; para mais informações sobre este tópico, ver engenharia de sistemas biológicos), a produção de insulina humana sintética utilizando bactérias modificadas, a produção de eritropoietina em células de ovário de hamster e a produção de novos tipos de ratos experimentais para fins de investigação, como o oncomouse (ratinho cancerígeno). [Carece de fontes?]

A engenharia neural, que é muitas vezes referida como neuroengenharia, é um campo de estudo que usa métodos de engenharia para compreender, reparar, substituir ou melhorar os sistemas neurais. Só é possível para os engenheiros neurais lidar com dificuldades de projeto que surgem na interface entre tecido neural vivo e construções não-vivas por causa de suas qualificações particulares. Há uma variedade de aplicações que podem se beneficiar da engenharia neural, uma das quais é a criação de próteses no futuro. A título de ilustração, as próteses neurais cognitivas (PNC) são atualmente objeto de extensa pesquisa. Se for bem-sucedida, esta tecnologia possibilitará que um implante de chip forneça sinais que permitam aos indivíduos que usam próteses operar equipamentos de assistência.

Os campos de engenharia de medicamentos, entrega e direcionamento de novos medicamentos, tecnologia farmacêutica, operações unitárias de engenharia química e análise farmacêutica estão todos incluídos no campo da engenharia farmacêutica, que é uma ciência interdisciplinar. Devido ao fato de que se concentra no uso de tecnologia para agentes químicos, a fim de proporcionar um melhor tratamento medicinal, pode ser considerado um componente do campo da farmácia.

Essencialmente, esta categoria engloba todos os produtos de cuidados de saúde que não atingem os benefícios pretendidos através de meios principalmente químicos (por exemplo, produtos farmacêuticos) ou biológicos (por exemplo, vacinas) e não requerem metabolismo. É uma categoria incrivelmente ampla.

Um gadget médico é projetado para ser utilizado nas seguintes situações:

Seguem-se alguns exemplos de...