Biyomedikal Mühendisliğinin Alt Başlıkları

Biyomekanik 

İnsan dokularının özellikleri ve mekanik streslere dokuların yanıtı 'ne olacaktır' sorusuyla ilgilenen alandır. İş makinesinde çalışan kişilerin olası zararlardan korunması için kask, eldiven, maske vb kisisel koruyucu ekipman üretimi biyomekanik desteği alınarak sağlanır. En iyi tanımlamalarından biri 1974'de Herbert Hetze tarafından dile getirilmiştir. " Biyomekanik, biyolojik sistemlerin biçim ve işlevlerinin mühendislik yöntemleri kullanılarak incelenmesidir."

Yani; kemiklerin, tendonların ve bağların hareketini üretmek için birlikte nasıl çalıştıkları da dahil olmak üzere canlı bir vücudun hareket bilimidir. Biyomekanik, özellikle hareket mekaniğine odaklanan, daha büyük olarak kinesiyoloji alanının bir parçasıdır. Araştırmaları ve bulgularının pratik kullanımını kapsayan, hem temel hem de uygulamalı bir bilimdir.

Biyosensörler

Biyosensör uygulamalarının en önemlilerinden biri belki de hastalık teşhisidir. Kanser, şeker hastalığı, tüberküloz, hepatit ve pek çok hastalığın teşhisinde biyosensör teknolojisi kullanılır. Biyosensör teknolojisinin gelişmesiyle; hastalık teşhisinde yeni bir dönem başladı denilebilir. Hastaya minimum tahribat vererek deri üzerinden değerleri algılayabilen biyosensör teknolojisiyle, hastalık teşhisi kolaylaşıyor. Bu sayede; vücut içine yerleştirilen biyosensörler sürekli gözlem altında tutulabilmesi sağlanıyor.

Biyosensörlerin iki temel bileşeni vardır: reseptör ve dönüştürücü. Reseptör analizi yapılacak maddeyi tanıyan ve ona göre dönüştürücüye fiziksel ve ya kimyasal sinyal göderen birimdir. Yani sistemin canlı(biyolojik) bileşenidir. Bu biyolojik bileşen herhangi bir doku, mikroorganizma, organel, kimyasal madde, nükleik asit ve benzeri olabilir. Dönüştürücüler ise reseptörün göderdiği fiziksel veya kimyasal sinyalleri elektrik sinyaline dönüştürür.

Biyoistatistik

Biyoistatistik, istatistik bilim dalına ait bilimsel yöntemleri tıp alanı araştırmaları için geliştiren ve uygulamasını sağlayan bir bilim dalıdır. Uygulamalı istatistiğin tıp ve sağlık bilimlerinde kullanılmasıdır. Tıp alanına özel uygulamalar, yöntemler geliştirir. Sağlık bilimlerinde bilimsel araştırmalara konu olan olaylar, ilişkiler, gözlemler ve veriler kompleks, yapısal özellikleri farklıdır. 

Tıbbi genellemeler, yorumlar ve kararlar ancak istatistikle desteklenirse dikkate alınır. Tıp alanı, İstatistik ve Bilgisayar gibi uygulamalı bilim dalları ile gün geçtikçe ileri adımlar atmaktadır. Tıp alanı olasılıkların önemli bir ölçüde önem kazandığı bir alandır. Hekimin teşhis ve tedavide kullandığı yöntem ve ilaçların olası iyileştirme veya iyileştirmeme durumunu ortaya çıkarması ve doğru kararın verilmesinde bilimsel yöntemlerle ortaya koyması gerekir. Biyoistatistik bilim dalı da olasılığın ölçülmesinde önemli yöntemler geliştirmiş bir bilim dalıdır. Günümüzde araştırma yöntemlerinin öğrenilmesi ve uygulanması önemini arttırmaktadır. Sağlık alanı araştırıcıları sadece literatürleri takip etmemekte ayrıca bunlara katkıda bulunmak istemektedir. Bu nedenle biyoistatistiğin önemi gittikçe artmaktadır..

Biyoelektrik

Canlı hücrelerin çalışmasına eşlik eden elektriksel olayların tümü, biyoelektrik terimi altında toplanır. Canlı bir sitemde neredeyse tüm işlemler elektrikseldir. Canlının en küçük yapı taşı olan küçük bir hücrenin bölünmesinden, kaslarımızın hareketine, kalbin atışına, duyu organlarımızın dış dünyadaki uyarıları alması ve sinir sistemin de bu uyarıların işlenmesine ve cevabının verilip gerek kaslarda gerekse bezler üstünde işlemlerin olmasına kadar bir çok işlem elektro-kimyasal enerjiye ihtiyaç duyar. Canlı vücudunun bu sistemi yeni bir dalın meydana çıkmasına sebep olmuştur:Biyoelektrik.

Biyoelektrik dalında uzmanlaşan ve bu alanda araştırmalar yapan Biyologlar ve Sinirbiyologları da canlıların bu elektriksel sistemlerini daha detayıyla görmeye ve sinir sistemini keşfetmeye çalışmaktadırlar.Bu şekilde ileride canlıların sinir sistemleri daha iyi bir şekilde anlaşılabilmesi ve böylece felç, multiplskleroz gibi hastalıların daha iyi anlaşılması ve kesin tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi amaçlanmaktadır.

Biyoinformatik

Biyolojik sistemler ve olaylar hakkında toplanan bilgilerin sağlıklı biçimde değerlendirilmesi; biyoinformatik sayesinde mümkündür. Biyoinformatik medikal bilimlerde çok önemli bir rol oynamaktadır. Medikal bilimlerde son yıllardaki uygulamalar gen ekspresyon analizleri üzerine yoğunlaşmıştır.

Biyoinformatik, genomik çalışmalar ve gen ekspresyon çalışmaları, rasyonel ilaç geliştirme, tanı ve tedavi dahil olmak üzere birçok konuyu geniş bir yelpazede kapsamaktadır. Temel hedefi biyolojik deneyler ve gözlemsel çalışmalardan elde edilen verilerin yönetimi, işlenebilir halde depolanması, analizi ve yorumlanmasına olanak sağlamak olan biyoinformatik, bilişim teknolojileri ve biyoistatistik biliminden yoğun bir biçimde yararlanmaktadır. Bu çalışma ile biyoinformatik biliminin ortaya çıkışı, amaçları, oluşumunda yer alan bilim dalları ele alınarak uygulama sürecine ilişkin temel bilgiler verilmiştir.

Biyomalzemeler

Biyomalzemeler; insan vücuduna uyum sağlayabilen, insan vücudunun gerçekleştirdiği fonksiyonları yerine getirebilen, destek veren ve iyileşmesini sağlayan malzemelere denir.

Biyomalzemler temel olarak; biyometaller, biyoseramikler, ve biyopolimerler olarak ayrılır. Bu malzemeler vücuttaki kullanıldıkları yere göre değişebilir. Vücudun her bölgesi kendine has özelliklere sahiptir. Her organın her kemiğin kendine özgü pH’ı, sertliği, kimyasal direnci değişebilir.

Biyotıp

Bir organizmanın biyolojik ya da biyokimyasal tipi. Aynı biyotipte olan organizmalar kesin olarak aynı biyolojik ya da biyokimyasal karakteristikleri gösterirler. Belirli anahtar göstergeler doğada biyotiplerin dağılımı ya da salgınlarda biyotipleri belirlemek için kullanılır.

Biyoteknoloji

Biyoteknoloji kullanılarak özel amaçlar ile üretilmiş olan birçok protein ve ilaç bulunmaktadır. Bunların içinde en önemli olan insülindir. Biyoteknolojik alanda yapılan diğer bir uygulama da gen terapisidir. Herhangi bir hastalığın tedavisi amaçlı DNA’nın hücrenin içinde başkalaştırılma işlemidir. Yapılan bu uygulama sayesinde AIDS, kanser ve fobroz tarzında oluşan hastalıklara karşı tedavi geliştirilir. Bunu yanı sıra biyoteknoloji ile yapılan uygulamalar arasında DNA parmak izi bulunmaktadır. Kriminal alanda yapılan araştırmalarda, deri örneği, saç örneği, vücut sıvısı örnekleri şüpheli olan kişilerin DNA’ları ile karşılaştırılmaktadır. Ayrıca babalık testlerinde çocuk, baba ve annenin DNA’ları tespiti yapılmaktadır.

Uygulama alanları;

• Kanser hastalığından gen tedavisinin uygulamalarının geliştirilmesi
• Kök hücre sağlanması
• Tedavi maksadı ile organ, doku, yapay hücre klonlanması ve saklanması
• İlaçların geliştirilmesi
• Aşı, sentetik peptid ve DNA geliştirilmesi
• Hastalıkların erken tanınması
• Kriminal açıdan DNA analizlerinde
• İlaç moleküllerinin geliştirilmesinde
• Hormon üretilmesinde
• Hayvan ırklarında bulunan genomların belirlenmesi ve bunların devamlılığı
• Hayvanların sağlıklı büyümesi için aşılarda

Doku Mühendisliği

Doku Mühendisliği; mühendislik ve yaşam bilimlerinin prensiplerini; doku fonksiyonlarını iyileştiren, koruyan veya onların yerini alan biolojik yer tutucuların geliştirilmesine uygulayan disiplinler arası yaklaşım olarak tanımlanabilir.

Klinik uygulamada temel prensipler
1) Doku defektinin dikkatle belirlenmesi
2) Kayıp dokunun yerine konması için uygun bir tasarım yapılması
3) Yeni dokunun kontrollü bir şekilde fabrikasyonu
4) Doku mühendisliği ile elde edilen dokunun defekte başarıyla aktarımı
5) Elde edilen yeni dokunun kalıcı olması olarak sayılabilir.

Klinik uygulanmada amaç , uygun süre içinde iyileşme, maksimum fonksiyonel ve estetik restorasyon,ve minimal morbiditedir.

Genel Olarak Doku Mühendisliğinin Aşamaları

• Kullanılacak hücrelerin elde edilmesi,
• Bu hücrelerin kültür ortamında çoğaltılması
• Taşıyıcı iskelet üzerine ekilmesi
• Taşıyıcı iskelet üzerine tekrar kültüre edilip istenen üç boyutlu yapıyı kazanması
• Hastaya aktarımı