Biyomedikal Mühendisliği

Fonksiyonel Yakın Kızılötesi Spektroskopi ve Fonksiyonel Diffüz Korelasyon Spektroskopisi gibi optik teknikler ve EEG gibi elektrofizyolojik yaklaşımlar kullanarak beyin görüntüleme üzerinde çalışılmaktadır. Bu teknikler sinyal işleme ve makine öğrenme teknikleriyle birleştirerek nöral dinamikler ve beyinle ilgili hastalıklarla ilgili sorunların çözümü üzerinde çalışmalar yürütülmektedir.

http://obrim.etu.edu.tr

Merkezi sinir sisteminin nörodejeneratif ve otoimmun bir hastalığı olan multipl sklerozun genetik yatkınlık, immün yanıt ve çevresel etmenler arasındaki etkileşimle şekillenen patogenezi; mikroRNA’lar, SNP’ler, sitokinler ve transkripsiyon faktörleri gibi moleküler belirteçler aracılığıyla incelenmektedir. Hastalık tanısı, prognozu ve tedavi yanıtının değerlendirilmesinde kan temelli biyobelirteçlerin geliştirilmesi hedeflenmektedir.

Nanoteknolojinin medikal bilimler alanına uygulanması olarak bilinen nanotıp, en basit anlamıyla, nanomalzemelerin tanı ve tedavi maksatlı, biyosensörler ve moleküler nanoteknolojiyi de kapsayacak biçimde kişiye özel tedavi için kullanılmasıdır. Disiplinlerarası bir bilim alanı olan nanotıp, özellikle yüksek çözünürlüklü gerçek zamanlı görüntüleme ile kanser ve nanopartikül kaynaklı toksisitelerin tedavisine odaklanmaktadır.

İlk olarak 1970'li yıllarda kullanılmaya başlanan biyomekanik, temel mekanik biliminin canlı organizamalar üzerindeki uygulamalarını kapsamaktadır. Biyolojik ve fizyolojik sistemlerin yük ve yer değiştirmeye karşı davranışlarını statik, dinamik ve akışkanlar mekaniği açısından inceleyen bilim dalıdır. İnsan vücudunun biyomekaniği kinesiyoloji ve spor tıbbı alanlarına girmektedir. Biyomedikal mühendisliği ise uygun cihazlar tasarlayarak ve üreterek vücuttaki hasarlı bölgelerin tamiri ve değiştirilmesi suretiyle insan yaşam kalitesini artırmanın yollarını aramaktadır. Yandaki şekil, ilk biyomekanik çizimler olarak kabul edilen Giovanni Alfonso Borelli'nin 16. yy'da oluşturduğu tasarımı göstermektedir.

Biyomalzemeler, malzemeler dünyasının biyolojik ve fizyolojik arayüzleridir ve biyolojik sistemlerle temas halindeki malzemeleri kapsamaktadır. Biyomalzeme bilimi, medikal bilimler, biyoloji, kimya ve mühendislik bilimleriyle etkileşim halinde olup, bilimsel yayınların ve ticari ürünlerin sayılarından da anlaşılacağı gibi son 50 yılda sürekli ve hızlı bir gelişim göstermektedir. Bu gelişmeye paralel olarak, farklı endistri alanlarındaki üreticiler, yeni biyomalzemeler ve bunlardan üretilen cihazlar üzerine yüksek yatırımlarda bulunmaktadır. Bu da, biyomalzeme bilimini çekici hale getirmektedir.

Biyoteknoloji, temel olarak, temel bilimler, mühendislik ve medikal bilimlerin yeni teknolojiler ve ürünler oluşturmak için biyolojik sistemler, canlı organizmalar ve türevleri üzerindeki uygulamalarını kapsamaktadır. Biyoteknolojinin gıdadan genetik bilimine kadar uzanan çok çeşitli uygulama alanları bulunmaktadır.

Geleneksel ilaçlara ek olarak, protein, peptid, antikor ve RNA gibi terapötik etki gösterebilen ajanların hedeflenen işlevi en etkin bir biçimde yerine getirmesini amaçlayan uygulama alanıdır. Bu amaç doğrultusunda lipozom, mikrokapsül, makromoleküler polimer ve jel yapıdaki değişik ilaç taşıyıcı platformların etkisiyle birlikte ağız, deri ve karın boşluğu gibi veriliş yolaklarının doğuracağı sonuçları da inceler. Bu alanda öne çıkan bir diğer ana araştırma alanı da yeni nesil kontrollü ve çevresel koşullara duyarlı ilaç salınım yollarının bulunmasıdır.

Moleküler boyutlara sahip minik enerji dönüşüm cihazlarıdır. Gerek doğadan gerekse sentetik olarak elde edilebilen bu makineler günlük hayatta kullandığımız makinelerle kıyaslandığında çok daha verimli çalışmaktadırlar. Biyomoleküler makinelerin kendilerine özgü mekanokimyasal ve dinamik mekanizmaları bulunmakta ve doğanın yapıtaşları olan protein, DNA vb. moleküler yapılardan oluşmaktadırlar.

Vücut fonksiyonlarının, anatomik ya da fizyolojik özelliklerin görüntülerinin elde edilmesine biyomedikal görüntüleme denir. Biyomedikal mühendisliğinin hayatımızda en çok karşılaştığımız uygulama alanlarından birisidir. MR, ultrason, tomografi, röntgen, mamografi cihazları görüntüleme alanının somut ürünleridir. Günümüzde yapay zeka desteği sayesinde tıbbi görüntüler üzerinde tümör tespiti yapmak ve hekimler için tıbbi karar destek sistemleri geliştirmek mümkün olmuştur.

Biyoelektronik, elektroniğin biyolojik sistemlere uygulanmasıdır. EKG cihazlarından Tomografi cihazlarına, kandaki şeker oranını ölçen cihazlardan kalp pillerine kadar uzanan geniş bir uygulama alanı vardır. Biyomedikal sinyal işleme, vücuttan elde edilen fizyolojik sinyallerin algılanması, bu sinyallerin daha temiz ve belirgin hale getirilmesi, işlenmesi, anlamlandırılması ve sonuçların yorumlanmasıdır. Beyinden ölçülen EEG,  kalpten alınan EKG ve kaslardan alınan EMG sinyallerinin işlenmesi, teşhis ve tedavide önemli rol oynar. Günümüzde fizyolojik sinyallerin yapay zeka destekli algoritmalar ile işlenmesi ile, hekimlerin tanı koymasına yardımcı olacak tıbbi karar destek sistemlerinin geliştirilmesi  mümkün olmuştur.

Tıpta ve biyomühendislikte kullanılmak üzere istenilen fonksiyonlara sahip yeni protein moleküllerinin bilgisayarlar kullanılarak tasarlanmasıdır. Bu amaçla; kuantum mekaniği, moleküler dinamik, homoloji modellemesi ve biyoenformatik gibi hesaplama araçları kullanılarak ya tamamen sıfırdan ya da var olan proteinlerin belirli bölümleri değiştirilerek tasarımlar yapılabilmektedir.