ANTECEDENTES DE LA BIOINGENIERÍA

El origen de la Bioingeniería se remota a la Edad Media, tiempo en que las técnicas de construcción eran de clase empírica, y se basaba en la experiencia y en la visualización de los resultados así como también donde los principales y únicos elementos constructivos que existían, como bien lo sabemos, eran la piedra y la madera.

Durante el siglo XIX y principios del siglo XX dichas técnicas fueron aplicadas principalmente en obras para restaurar el aspecto hidrológico-forestal. Con la aparición de nuevas técnicas y materiales, principalmente el hormigón, hizo posible que las técnicas de bioingeniería quedaran referenciadas al ámbito rural y forestal en la zona centroeuropea y perdieran importancia a favor de estas últimas.

Los registros de investigaciones científicas de los últimos 40 años, el anexo de nuevos materiales industriales, la mejora de los criterios y capacidades técnicas para ese entonces, han llevado a la consolidación científica de esta disciplina que con respecto a nuevas exigencias tanto sociales como culturales, y a una variación en la escala de valores, principalmente con la creciente conciencia ambiental, se ha vuelto en un instrumento operativo, no solamente en cuestiones del control de erosión, sino también en la protección del medio ambiente.

BIOINGENIERÍA EN EL SIGLO XXI

Según el gerontólogo británico Audrey de Grey es posible que, por medio de técnicas de regeneración celular y molecular, podamos evitar el envejecimiento y llegar a tener una larga vida.

Aproximadamente en 30 años podríamos conseguir evitar la muerte por causas que tengan relación con el envejecimiento asi como también se sabe que la mayor parte de las terapias de regeneración medica que son necesarias para la reparación del cuerpo humano ya existen y muchos otros proyectos están a punto de ser una realidad. Sin embargo, uno de los principales limitantes es que cada uno de estos va por su lado y lo que necesitamos es que todo ese conocimiento se integre, y para esto, el financiamiento es una gran limitación.

Hay estudios que se centran en la lucha contra la degeneración y el daño de tejidos. Una estrategia para conseguir una larga juventud está dirigida a combatir efectos no deseados de diferentes procesos orgánicos como las mutaciones nucleares que causan el cáncer, mutaciones mitocondriales, acumulación de desechos infra y extracelulares, la pérdida celular irreversible, envejecimiento celular y proliferación de interconexiones entre células de distintos tejidos.

La mayor parte de los esfuerzos de estas investigaciones, y la medicina en los últimos años, se ha centrado en el intento de curar el cáncer, una enfermedad que comúnmente se asocia al envejecimiento.

Científicos creen que el secreto para curar esta patología está relacionado con los genes. Específicamente, la hipótesis base de estos científicos, está centrada en la eliminación completa de todo el potencial genético para la elongación de los telómeros en el cuerpo humano. Esto representa problemas en la regeneración de otros tejidos, lo que provoca que esta técnica se tenga que realizar conjuntamente con terapias que se basan en la administración de células madre cada cierto tiempo para mantener en acción la proliferación de los diferentes tejidos del cuerpo. Al realizar esta introducción se puede comprende mucho mejor lo que es la bioingeniería:

Es una de las últimas ramas de la ingeniería en ser creadas. Un bioingeniero es un profesional que se ocupa de todos los aspectos tecnológicos relacionados de alguna manera al ámbito de la medicina y de la biología. Además, al igual que un biólogo o un médico, se encarga del estudio y el análisis de todos los organismos vivos. A nivel molecular, celular y de aparatos y sistemas del cuerpo humano o de cualquier otra forma de vida.

Esta nueva rama de la ingeniería era necesaria ya que los avances tecnológicos en biología y medicina requerían de profesionales capaces de comprender y aplicar los mismos conocimientos de biología, para los que se aplican los dispositivos ideados y fabricados por los ingenieros. El diseño y la fabricación de nuevas tecnologías que son cada vez más complejas y la necesidad de normativas al respecto hacen que la demanda de bioingenieros sea cada vez más importante.

Otra área en la que la bioingeniería es muy importante, y mucho más en estos últimos tiempos, es en el área de la investigación. Un bioingeniero es quien diseña y fabrica todo tipo de dispositivos tecnológicos para el estudio y análisis de cualquier objeto de investigación. También participa de la investigación en sí misma, aportando su conocimiento tecnológico y recogiendo datos que le servirán para mejorar los sistemas anteriores aplicando el conocimiento a nuevos diseños.

¿QUÉ LABOR REALIZA UN BIOINGENIERO?

* Aplica métodos tecnológicos e ingenieriles a los problemas presentados por la medicina y la biología.

* Tiene también en los hospitales un ámbito de trabajo muy amplio ya que debe asesorar y contribuir en la elección de los equipos necesarios para el cuidado de los pacientes, debe además garantizar su correcto funcionamiento.

* Idea y desarrolla equipos orientados al uso médico.

* Se desempeña con gran idoneidad cuando se trata del estudio y análisis de la estructura y el funcionamiento de los organismos vivos tanto a nivel molecular, celular y de aparatos y sistemas del cuerpo humano. Esto le permite el desarrollo de materiales aptos para reemplazos de órganos dañados o implantes.

Para hablar de esta ciencia se puede encontrar varias ramas de desarrollo que son:

- BIÓNICA: Es la aplicación de los principios de los sistemas biológicos a modelos ingenieriles con el fin de crear dispositivos específicos.

- BIOLOGÍA APLICADA: Es la utilización de los procesos biológicos extendidos a escala industrial para dar lugar a la creación de nuevos productos.

- INGENIERÍA BIOMÉDICA: Es la aplicación de la ingeniería sobre la medicina en estudios con base en el cuerpo humano y en la relación hombre-máquina, para proveer la restitución o sustitución de funciones y estructuras dañadas y para proyectar y luego construir instrumentos con fines terapéuticos y de diagnóstico.

- INGENIERÍA AMBIENTAL: Es el uso de la ingeniería para crear y controlar ambientes óptimos para la vida y el trabajo.

Como se ha podido ver, esta ciencia ha tenido grandes cambios como todo lo que se utiliza actualmente desde sus comienzos donde solos los que tenían conocimientos acerca de de la medicina, biología o la electrónica era el que podía hacer cualquier tipo de investigación referente a este tema.

Actualmente existe una carrera en la cual las personas estudian uniendo conceptos de biología y medicina con conceptos de eléctrica para desarrollar sus propios elementos de desarrollo para esta ciencia. Ya que existen diversos campos en los cuales se puede ejercer y además estos campos son de vital importancia para que la humanidad tenga una vida más sana.

APLICACIONES DE LA BIOINGENIERÍA

La bioingeniería puede tener gran diversidad de aplicaciones, entre las que se pueden destacar aquellas que han tenido mayor impacto social

1. BIOINGENIERÍA EN LA VETERINARIA

La Veterinaria también es un campo en el que ha incursionado la Bioingeniería y, basándose en una de sus ramas de desarrollo como es la Biomecánica, ha logrado que un felino, al cual, sus patas traseras se unen a su tobillo a partir de una técnica de bioingeniería que imita la manera en la que crece la cornamenta de un reno, en este caso se colocó una pieza de metal y una pestaña sobre la cual crece la piel y así convertirse en un hueso extremadamente duro.

2. BIOINGENIERÍA EN LA OTORRINOLARINGOLOGÍA

La Bioingeniería y la Telemedicina ha sido de gran utilidad para un logro dentro del campo de la Otorrinolaringología en donde se han creado orejas artificiales gracias a las impresoras en 3D, estas orejas artificiales se ven y actúan como orejas reales ya que han sido fabricadas a base de un gel hecho de células vivas.

Las orejas artificiales han demostrado ser flexibles e incluso se ha desarrollado su propio cartílago para reemplazar el colágeno con el cual se moldean. El primer implante humano en un oído se puede realizar en aproximadamente 3 años.

3. BIOINGENIERÍA EN LA OFTALMOLOGÍA

Un prototipo de una retina artificial es el resultado de fusión de la ingeniería, la biología y la óptica, y estaría en capacidad de solucionar varios problemas de ceguera, este dispositivo se lo podría considerar como una implante bio-electrónico debido a que transmite imágenes al cerebro por una conexión del diámetro de un cabello humano, al colocarlos detrás de la retina funciona como un el prototipo, como un transmisor de luz, el dispositivo no devolver una visión perfecta pero si se podrá diferenciar entre objetos y obstáculos alrededor.

La desventaja de este prototipo es que no funciona con personas que tengan las células del nervio óptico dañadas, tampoco serviría para personas que son afectadas por glaucoma o son ciegas de nacimiento, la forma de este implante será muy pequeño y resistente al medio ambiente su tiempo de vida útil luego de ser implantado seria de 10 años aproximadamente.

4. BIOTECNOLOGÍA EN PROCESOS MÉDICOS

Producción de antibióticos Desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos Diagnósticos moleculares Terapias regenerativas Desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través

de la manipulación génica.

5. BIOTECNOLOGÍA EN PROCESOS INDUSTRIALES:

Producción de nuevos materiales, biodegradables o no. Producción de combustibles renovables utilizando técnicas biológicas.

Tal es el caso del bioetanol y el biodiésel Realización de transformaciones químicas de una forma más eficiente y

efectiva Control y utilización de las moléculas provenientes de los seres vivos

como base para producir nuevos productos y servicios Utilización de plantas y microorganismos para conseguir descontaminar

aguas, suelos y la atmósfera Optimización de procesos industriales tradicionales, o el desarrollo de

nuevos.

6. BIOTECNOLOGÍA EN LOS PROCESOS AGRÍCOLAS:

Cultivo in vitro de plantas Producción vegetal asistida por marcadores moleculares Hibridación Producción de biofertilizantes y biopesticidas Transferencia selectiva de genes de un organismo a otro dando lugar a

nuevos cultivos vegetales.

7. BIOTECNOLOGÍA EN AMBIENTES MARINOS Y ACUÁTICOS.

Nutrición en acuicultura Sanidad de peces y otros animales marinos Obtención de nuevos productos a partir de la biodiversidad marina

INGENIERÍA BIOMÉDICA

La ingeniería Biomédica es la disciplina científica y tecnológica que se aplica a los principios y métodos de la ingeniería, la ciencia y la tecnología para asi poder comprender, definir y solucionar los problemas médicos y biológicos que se puedan presentar.

El ingeniero Biomédico básicamente está capacitado para la aplicación de conceptos referentes a ciencias biológicas y de ingeniería para solventar problemas del área de salud. Además construye equipos y desarrolla procedimientos médicos partiendo de tecnologías nuevas, que sean capaces de satisfacer las necesidades de atención que los pacientes exijan. Estos ejecutan acciones que tienden a optimizar los servicios de salud.

CAMPOS ESPECÍFICOS DE TRABAJO

La ingeniería Biomédica se especializa en muchos campos de trabajo, tanto a nivel micro como macro, algunos de estos son los siguientes:

1. ÁREA DE TRAUMATOLOGÍA:

En esta área la biomedicina facilita la sustitución de alguna extremidad del cuerpo por prótesis biónicas bien sea con o sin control neural, esto es prótesis que permitan o no la movilidad de la misma partiendo del uso de terminaciones nerviosas en el área afectada.

2. ÁREA DE CARDIOLOGÍA

En esta área la biomedicina se especializa en pacientes con dificultades cardiacas, creando aparatos artificiales que cumplan con una función específica necesaria para correcto funcionamiento del corazón, también existen dispositivos que no necesariamente sustituyen el órgano o parte de él sino que mejoran el desempeño del mismo como por ejemplo marcapasos.

3. ÁREA NEUROLÓGICA

Esta área se especializa básicamente en el diagnostico, monitorización y rehabilitación del daño cerebral en una persona así como el deterioro cognitivo,

su área de trabajo se remota a la rehabilitación cognitiva, rehabilitación funcional, generación de conocimiento para rehabilitación basada en evidencia y la imagen medica para análisis de alteraciones estructurales. Todos estos aspectos comprenden la base de la ingeniería de neurorrehabilitación.

INSTRUMENTACIÓN BIOMÉDICA (BIOINSTRUMENTACIÓN)

Los dispositivos biomédicos son empleados en los distintos niveles de especialización de los sistemas de salud y debido a su gran importancia conforman el pilar fundamental de los servicios médicos referentes a la prevención, tratamiento y diagnostico de patologías.

Los principales dispositivos utilizados y fabricados la bioinstrumnentación son los sensores biomédicos planteados a continuación:

1. SENSORES BIOMÉDICOS

Los sensores son dispositivos que convierten las señales de cierto tipo, como por ejemplo la presión hidrostática de un fluido , en una señal equivalente de otro tipo, por ejemplo una señal eléctrica.

Los sensores biomédicos seleccionan señales que representan variables biomédicas para posteriormente convertirlas en señales eléctricas, estos sirven como una interfaz entre los sistemas electrónicos y biológicos y deben funcionar de forma tal que no afecten negativamente a ningunos de dichos sistemas.

Existen distintos tipos de sensores biomédicos; la tabla siguiente brinda una clasificación general de estos sensores

Como se observa es posible clasificar los sensores como físicos o químicos. En los sensores físicos son medidas variables tales como la geométrica, térmica e hidráulica, que en aplicaciones biomédicas estas pueden ser: el desplazamiento de un musculo, presión sanguínea, temperatura corporal, flujo sanguíneo, etc.

El segundo grupo en la clasificación son los sensores químicos, que miden cantidades químicas identificando, por ejemplo; la presencia de determinados compuestos químicos detectando la concentración de varias especies químicas, y monitorizando la actividad química en el cuerpo por motivo terapéutico o de diagnostico.

Seguidamente se definen algunos de estos tipos de sensores:

1.1. SENSORES FÍSICOS.

Son aquellos que miden las variables físicas asociadas a los sistemas biológicos. Aunque son muchas las variables que pueden ser medidas en un sistema biomédico, estas pueden ser clasificadas como se muestra en la tabla #3.

En esta tabla se especifica la magnitud física, el sensor asociado a esta cantidad y la variable que el sensor va a medir.

1.2. ELECTRODOS DE BIOPOTENCIALES.

Frecuentemente los sistemas biológicos tienen actividad eléctrica asociada a ellos. Dicha actividad por lo general es un campo eléctrico constante, un flujo constante de partículas de corriente o carga, o un campo eléctrico o una corriente variables en el tiempo relacionados con ciertos fenómenos biológicos o bioquímicos dependientes del tiempo. Los fenómenos bioelectricos están asociados a la distribución de iones o moléculas que se encuentran en una estructura biológica y a las variaciones de la distribución como

resultado de ciertos procesos, dichos cambios se pueden dar a cambio de una reacción bioquímica o pueden producirse a partir de fenómenos que alteran la anatomía local. Existe todo una gama de señales que son importantes para la comprensión y diagnostico de sistemas biológicos. Estas señales se encuentran junto a sus abreviaturas y los sistemas que ellas caractericen aparecen en la tabla siguiente.

1.3. SENSORES ELECTROQUÍMICOS.

Los sensores electroquímicos básicamente son células electroquímicas que emplean dos o tres electrodos. Las mediciones de este tipo de sensor se pueden realizar tanto en condiciones estáticas como dinámicas.

Los sensores electroquímicos se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones biomédicas entre las que se encuentran los sensores de química clínica. Muchos sensores enzimáticos, incluyendo sensores que se componen de glucosa y lactosa, emplean sensores electroquímicos también.

Entre los distintos tipos de sensores electroquímicos se encuentran:

* Sensor de Conductividad/Capacitancia

* Sensor Potenciométrico.

* Sensores Voltamperimétricos.

1.4. SENSORES ÓPTICOS

Se basan usualmente en fibra óptica o guías de ondas planas. Las guías de ondas se basan en el principio de reflexión total interna. La luz incidente es transmitida a través de la fibra si incide sobre la envoltura a un ángulo mayor al ángulo critico, siendo totalmente reflejada en la interfaz núcleo/envoltura.

Una gran variedad de fibras ópticas de alta calidad está disponible para aplicaciones en sensores biomédicos, dependiendo de la longitud de onda de análisis deseada. Existen fibras de plástico, vidrio y cuarzo que cuben el

espectro óptico desde ultravioleta hasta el la región del infrarrojo cercano pasando por el visible.

Entre las ventajas de los sensores de fibra óptica se incluyen sus pequeñas dimensiones y bajo coste. Debido a la naturaleza óptica de la señal el paciente no corre riesgo eléctrico, y no existen interferencias directas de campos eléctricos o magnéticos.

1.5. SENSORES BIOANALÍTICOS.

Debido a que los sensores generan una propiedad conmensurable, ellos pertenecen a un grupo de despóticos transductores. Los sensores biomédicos incluyen un gran rango de dispositivos que pueden ser sensores químicos, físicos y determinado tipo de sensor mixto.

BIOINGENIERIA EN VENEZUELA

La bioingeniería en Venezuela se ha visto estancada por distintos motivos a lo largo de los años, ya sean tecnológicos, culturales, socio-económicos etc. y a continuación se expresan algunos de los principales inconvenientes que se presentan en los servicios médicos del país:

* Control de pacientes

* Sistemas de información

* Sistemas de Referencia y Contra referencia

* Redes de Comunicación

Estas fallas se presentan en su mayoría en los servicios médicos de carácter público debido a los siguientes aspectos puntuales:

* 100% Tecnología Importada

* Gran cantidad de de equipos obsoletos

* Alto costo de reposición

* Falta de Personal Calificado

La bioingeniería en Venezuela busca contar con la especialización en las siguientes áreas de trabajo:

1. Procesamiento de Señales Biomédicas.

2. Visualización y Procesamiento de Imágenes Médicas

3. Bioinstrumentación, Sensores, Micro, Nano Tecnología

4. Bioinformática y Biología Computacional

5 Biofísica y Física Médica

6 Ingeniería de Tejidos y a Biomateriales

7 Biomecánica, Biorobótica y Análisis de Movimiento

8 Ingeniería Clínica

9. Electromedicina

10. Sistemas de Información para la Salud y Telemedicina

11. Biotecnología, Genómica y Proteómica

12. Modelaje Fisiológico

13. Sistemas Neurales y Musculares e Ing. de Rehabilitación

14. Tecnologías Apropiadas, Educación e Innovación