CapÃtulo 2 : Ingeniería biomédica
La ingeniería médica, a menudo conocida como ingeniería biomédica (BME), es la aplicación de ideas de ingeniería y conceptos de diseño a los campos de la medicina y la biología con el fin de proporcionar atención médica (por ejemplo, con fines diagnósticos o terapéuticos). Cuando se trata de avanzar en el tratamiento de la atención médica, incluido el diagnóstico, el seguimiento y la terapia, la BME también se considera típicamente del lado de las ciencias lógicas. Los ingenieros biomédicos son responsables de administrar los equipos médicos existentes en los hospitales mientras se adhieren a los estándares apropiados de la industria. Esta responsabilidad recae en el ámbito de la profesión de ingeniería biomédica. Como parte de esta profesión, que también se conoce como Técnico de Equipos Biomédicos (BMET) o como ingeniero clínico, el individuo es responsable de hacer sugerencias sobre el equipo, así como de realizar pruebas de rutina, mantenimiento preventivo y compra.
En los últimos años se ha visto el surgimiento de la ingeniería biomédica como un campo de estudio distinto, en contraste con la mayoría de las otras áreas de la disciplina de la ingeniería. Cuando un nuevo campo evoluciona de ser una especialización interdisciplinaria entre temas ya establecidos a ser considerado un campo por derecho propio, este tipo de evolución es una ocurrencia regular. Una parte importante del trabajo que se realiza en el tema de la ingeniería biomédica se compone de investigación y desarrollo, que abarca una amplia variedad de subcampos (ver más abajo). El desarrollo de prótesis biocompatibles, una amplia variedad de dispositivos médicos diagnósticos y terapéuticos que van desde equipos clínicos hasta microimplantes, tecnologías de imagen como la resonancia magnética (RM) y el electrocardiograma (ECG), el crecimiento regenerativo de tejidos y el desarrollo de fármacos, incluidos los biofarmacéuticos, son algunas de las aplicaciones más notables de la ingeniería biomédica.
La asignatura de bioinformática es un campo interdisciplinario que se centra en el desarrollo de herramientas y procedimientos de software con el fin de comprender datos biológicos. La bioinformática es un área de estudio que combina la informática, la estadística, las matemáticas y la ingeniería para analizar y comprender datos biológicos. Es un campo interdisciplinario de la ciencia.
Tanto un término paraguas para el cuerpo de investigación biológica que emplea la programación informática como parte de su técnica como una referencia a las "tuberías" de análisis específicas que se utilizan con frecuencia, especialmente en el campo de la genómica, se considera que la bioinformática es una frase que abarca ambos aspectos. Una de las aplicaciones más comunes de la bioinformática es la identificación de genes candidatos y nucleótidos, a menudo conocidos como polimorfismos. Es una práctica común hacer tales identificaciones con la intención de obtener una comprensión más profunda de los fundamentos genéticos de las enfermedades, las adaptaciones distintivas, las características deseables (particularmente en los animales de granja) o las características distintivas entre las poblaciones. De una manera menos formal, la bioinformática también se esfuerza por comprender los principios de organización que están presentes en las secuencias de ácidos nucleicos y proteínas.
El estudio de la estructura y función de las características mecánicas de los sistemas biológicos, en cualquier nivel, desde organismos completos hasta órganos, células y orgánulos celulares, utilizando las herramientas de la mecánica se conoce como biomecánica. El estudio de la biomecánica se puede aplicar a cualquier nivel de sistemas biológicos.
Cualquier sustancia, superficie o construcción que interactúe con sistemas biológicos se denomina biomaterial. El campo de los biomateriales existe desde hace unos cincuenta años como disciplina científica. El campo de investigación conocido como ciencia de biomateriales o ingeniería de biomateriales se ocupa del estudio de los biomateriales. A lo largo de su existencia, ha estado sujeta a una expansión constante y robusta, con numerosas empresas que invierten sumas sustanciales de dinero en la creación de nuevos artículos revolucionarios. En el campo de la ciencia de los biomateriales se incluyen varias disciplinas, como la medicina, la biología, la química, la ingeniería de tejidos y la ciencia de los materiales.
El estudio de la interacción entre el tejido biológico y la luz, así como las formas en que esta interacción se puede utilizar para la detección, la imagen y la terapia, es el enfoque de la óptica biomédica, que reúne los conceptos de física, ingeniería y biología. Las imágenes ópticas, la microscopía, la oftalmoscopia, la espectroscopia y el tratamiento son solo algunas de las muchas aplicaciones que se pueden llevar a cabo con esta tecnología. La tomografía de coherencia óptica (OCT), la microscopía de fluorescencia, la microscopía confocal y el tratamiento fotodinámico (PDT) son ejemplos de técnicas y tecnologías que se engloban dentro del paraguas de la óptica biomédica. La técnica de tomografía de coherencia óptica (OCT), por ejemplo, emplea luz para generar imágenes tridimensionales de alta resolución de los tejidos internos. Estas estructuras incluyen la retina del ojo y las arterias coronarias del corazón. Mediante el uso de tintes fluorescentes para identificar moléculas específicas y la posterior visualización de esas moléculas mediante el uso de luz, la microscopía de fluorescencia puede proporcionar información sobre las causas de las enfermedades y los procesos biológicos. Más recientemente, la óptica adaptativa ha mejorado las imágenes mediante la corrección de aberraciones en el tejido biológico. Esto ha permitido lograr imágenes de mayor resolución y una mayor precisión en tratamientos como la cirugía láser y las imágenes de retina.
Uno de los subcampos más importantes de la biotecnología es la ingeniería de tejidos, que, al igual que la ingeniería genética (de la que se hablará más adelante), tiene un grado sustancial de solapamiento con el BME.
Uno de los objetivos de la ingeniería de tejidos es fabricar órganos artificiales a partir de material biológico con el fin de proporcionar trasplantes a las personas que necesitan órganos. A partir de ahora, los ingenieros biomédicos están investigando diferentes formas de crear órganos de este tipo. En un esfuerzo por lograr este objetivo, los investigadores han tomado células madre humanas y han producido mandíbulas sólidas y estructuras de tráquea. Se ha demostrado que es posible trasplantar eficazmente vejigas urinarias artificiales en pacientes humanos después de que hayan sido creadas en laboratorios. La investigación también se centra en los órganos bioartificiales, que son órganos que se crean utilizando componentes sintéticos y biológicos. Un ejemplo de ello es el desarrollo de dispositivos de asistencia hepática, que se construyen utilizando células hepáticas dentro de un biorreactor artificial.
La manipulación directa de los genes de un organismo se conoce con varios nombres diferentes, entre ellos ingeniería genética, tecnología de ADN recombinante, modificación/manipulación genética (GM) y empalme de genes. La ingeniería genética, a diferencia de la cría convencional, que es una forma indirecta de manipulación genética, hace uso de herramientas contemporáneas como la clonación y la transformación molecular para alterar directamente la estructura y las características de los genes que son el foco de la investigación científica. Numerosas aplicaciones han tenido éxito en la utilización de enfoques basados en la ingeniería genética. Algunos ejemplos incluyen el desarrollo de la tecnología de cultivos (que no es una aplicación médica; para más información sobre este tema, véase ingeniería de sistemas biológicos), la producción de insulina humana sintética mediante la utilización de bacterias modificadas, la producción de eritropoyetina en células de ovario de hámster y la producción de nuevos tipos de ratones experimentales con fines de investigación, como el oncomouse (ratón canceroso). [Cita requerida]
La ingeniería neuronal, que a menudo se denomina neuroingeniería, es un campo de estudio que utiliza métodos de ingeniería para comprender, reparar, reemplazar o mejorar los sistemas neuronales. Solo es posible que los ingenieros neuronales manejen las dificultades de diseño que surgen en la interfaz entre el tejido neuronal vivo y las construcciones no vivas debido a sus calificaciones particulares. Hay una variedad de aplicaciones que pueden beneficiarse de la ingeniería neuronal, una de las cuales es la creación de prótesis en el futuro. A modo de ilustración, las prótesis neuronales cognitivas (PNC) son actualmente objeto de una amplia investigación. Si tiene éxito, esta tecnología haría posible que un implante de chip proporcionara señales que permitirían a las personas que usan prótesis operar equipos de asistencia.
Los campos de la ingeniería de medicamentos, la administración y orientación de nuevos medicamentos, la tecnología farmacéutica, las operaciones unitarias de ingeniería química y el análisis farmacéutico están incluidos en el campo de la ingeniería farmacéutica, que es una ciencia interdisciplinaria. Debido a que se centra en el uso de la tecnología a los agentes químicos con el fin de proporcionar un mejor tratamiento medicinal, podría considerarse un componente del campo de la farmacia.
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