LE DISCIPLINE DI CONFINE: INGEGNERIA BIOMEDICA

L’Ingegneria Biomedica nasce dall'integrazione delle metodologie e delle tecnologie proprie dell'ingegneria, con le problematiche mediche e biologiche delle scienze della vita, dell’ingegneria clinica, del mondo del lavoro e dello sport. Il suo sviluppo è intimamente legato alla crescente diffusione nelle scienze biomediche di strumentazione ad alto contenuto tecnologico e di tecnologie informatiche e della comunicazione. 

Le metodologie di base riguardano la descrizione dei fenomeni elettrici e/o magnetici e le apparecchiature per misurarli e modificarli; l’elaborazione di dati e segnali biomedici; le bioimmagini; la rappresentazione della conoscenza medico-biologica, la progettazione e la valutazione funzionale di strumentazione, dispositivi ed impianti medicali, di materiali naturali e artificiali, di tessuti, apparati ed organismi.

Le tecnologie includono la strumentazione biomedica (diagnostica, terapeutica, riabilitativa: dai componenti elementari ai sistemi ospedalieri integrati); le protesi, i biomateriali e le strutture biomeccaniche, i robot biomedici, i sistemi intelligenti artificiali; i sistemi per la gestione e l’organizzazione sanitaria; i sistemi informativi a livello di paziente, reparto, ospedale, regione, paese; l’informatica medica; la telemedicina.

Le aree di ricerca avanzata nella biologia e nelle neuroscienze comprendono l’ingegneria delle cellule e dei tessuti, la caratterizzazione biomeccanica delle strutture biologiche e l’analisi delle caratteristiche di interfaccia biologico-artificiale, le tecniche informatiche per la biologia e la neurologia (neuroinformatica e la bioinformatica) e la bioelettronica.

http://www.ingbiomedica.unina.it/ingbio/

ALCUNI AMBITI

SVILUPPO DI TECNOLOGIE PER BIOREATTORI

Si definisce bioreattore ogni apparecchiatura in grado di fornire un ambiente adeguato alla crescita di organismi biologici.Si tratta in genere di un recipiente all'interno del quale viene portata a termine una reazione chimica svolta da microorganismi o da sostanze da essi derivate, attive dal punto di vista biochimico. Questo tipo di bioreattori è solitamente di forma cilindrica, composto di acciaio inossidabile e può raggiungere dimensioni comprese tra alcuni litri e numerosi ettolitri. Ci si riferisce a bioreattori anche intendendo dispositivi che permettono la crescita autonoma (senza l'intervento continuo di un operatore) di cellule o tessuti. Questo concetto di bioreattore, affine a quello di coltura cellulare, è attualmente in largo sviluppo soprattutto nel settore della rigenerazione dei tessuti (ad esempio per la terapia dei grandi ustionati).

È possibile classificare i bioreattori in base a tre diversi parametri:

-Asetticità del contenitore. Esistono contenitori non asettici, usati ad esempio in fermentazioni tradizionali come la birrificazione o più moderne come il trattamento delle acque reflue, e contenitori asettici, utilizzati per la produzione di antibiotici, vitamine, proteine e qualsiasi altro composto di interesse;

-Condizioni richieste dal bioprocesso che può avere luogo in fermentatori continuamente rimescolati o meno, in aerobiosi o in anaerobiosi, in sospensione (mezzo liquido) o su una superficie di supporto (solida);

-Modalità di coltura dei microrganismi, possono essere essenzialmente cinque. Risulta importante per questa classificazione il metodo di somministrazione del terreno di coltura, ovvero dei fattori necessari ai microrganismi per crescere:

• Colture in batch (a sistema chiuso). Il volume di terreno liquido nel quale i microrganismi crescono è essenzialmente costante. I microrganismi, crescendo, aumentano la loro biomassa, riducono la quantità di nutrienti disponibile, producono metaboliti da eliminare. Le cellule raggiungono così un livello (detto stato stazionario) tale da impedire di aumentare ulteriormente il loro numero.

• Colture in fed batch (sistema chiuso alimentato). Questo sistema permette di prolungare il tempo di crescita dei microrganismi prima di raggiungere lo stato stazionario. Un substrato limitante la crescita viene infatti continuamente addizionato alla coltura.

• Colture in perfusione. Oltre all'aggiunta di terreno fresco, viene anche prelevato il terreno usato privo di cellule ed i metaboliti escreti. È un metodo ampiamente usato nelle colture di cellule animali.

• Colture continue. Ad una coltura in batch in fase di crescita esponenziale (cioè di crescita massima) si addiziona una certa quantità di terreno fresco e se ne sottrae una equivalente di terreno usato con cellule. In questo modo, restando costante la biomassa, si ottiene una crescita pressoché bilanciata: anche le concentrazioni di sostanze nutrienti e di metaboliti, infatti, restano essenzialmente costanti. Colture simili sono anche quelle dette semicontinue.

• Colture su strato solido. Si svolgono in assenza di acqua allo stato libero (in alcuni casi l'acqua è presente in quantità ridotte). Tra i substrati solidi più utilizzati figurano legumi, cereali, ed altri materiali di origine vegetale come paglia o segatura.

http://it.wikipedia.org/wiki/Bioreattore

STRUMENTAZIONE TERAPEUTICA

In questa sezione si includono tutti quei dispositivi, elettrici o meccanici di supporto all'attività terapeutica del paziente o che costituiscono l'intervento principale della terapia stessa. Alcuni esempi sono il pacemaker, le valvole cardiache artificiali, i cardioversori e defibrillatori, il dializzatore, il cuore artificiale, la macchina cuore polmone per circolazione extracorporea, i neurostimolatori, gli apparecchi acustici e molti altri ancora: darne un elenco esaustivo sarebbe proibitivo e privo di senso, dal momento che di continuo nuovi apparecchi vengono impiegati in specifiche terapie, o gli stessi apparecchi esistenti modificati vengono impiegati per nuove terapie. 

STRUMENTAZIONE RIABILITATIVA

L'ultima sezione qui presentata comprende quella della strumentazione utilizzata a fini riabilitativi: si tratta spesso di macchine che tentano di modificare un parametro fisiologico, fisico o meccanico del paziente al fine di farne recuperare il normale e autonomo funzionamento. Si tratta quindi per lo più di soluzioni temporanee. Bisogna comunque sottolineare che spesso questi dispositivi, come nel caso delle protesi, pur cercando di integrarsi pienamente nei processi metabolici e meccanici, possono talora rimanere in modo permanente nel corpo dell'ospite, o possono altre volte essere riassorbiti dall'organismo.

Alcuni esempi sono:

-le macchine pneumatiche per il recupero post-traumatico;

-le protesi,  sono dispositivi artificiali atti a sostituire una parte del corpo mancante (un arto, un organo o un tessuto), o a integrare una danneggiata.

-gli organi artificiali. A differenza degli organi naturali, essi non sono assolutamente in grado di ripararsi autonomamente.

http://it.wikipedia.org/wiki/Ingegneria_biomedica