Bioingeniería

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La bioingeniería o ingeniería biológica  es una rama de la ciencia y la tecnología que desarrolla la aplicación de los principios de la ingeniería en la biología y la medicina [1] .

La bioingeniería (incluida la ingeniería de sistemas biológicos) es la aplicación de los conceptos y métodos de la biología (y, en segundo lugar, de la física , la química , las matemáticas y la informática ) para resolver problemas reales relacionados con las ciencias de los organismos vivos o sus aplicaciones, utilizando métodos analíticos y metodologías sintéticas ingeniería , así como su tradicional sensibilidad al costo y la practicidad de las soluciones encontradas. En este sentido, mientras que la ingeniería tradicional aplica la física y las matemáticas al análisis, diseño y fabricación de herramientas, estructuras y procesos no vivos , la ingeniería biológica utiliza principalmente el campo de rápido desarrollo de la biología molecular para estudiar y desarrollar las aplicaciones de los organismos vivos . .

El ámbito de la bioingeniería va desde la creación de órganos artificiales utilizando medios técnicos o la búsqueda de formas de hacer crecer órganos y tejidos utilizando métodos de medicina regenerativa para compensar funciones fisiológicas reducidas o perdidas (ingeniería biomédica) y hasta el desarrollo de organismos modificados genéticamente , por ejemplo, plantas y animales agrícolas ( ingeniería genética ), así como diseño molecular de compuestos con propiedades deseadas (ingeniería de proteínas, ingeniería enzimológica). En aspectos no médicos, la bioingeniería está estrechamente relacionada con la biotecnología [1] .

Una aplicación particularmente importante de la bioingeniería es el análisis y solución rentable de problemas de salud humana , sin embargo, esta no es la única: la ingeniería biológica abarca un área de conocimiento mucho más amplia. Por ejemplo, la biomimética  es una rama de la bioingeniería que busca formas de utilizar las estructuras y funciones de los organismos vivos como modelos para el diseño y la fabricación de máquinas y materiales. La biología de sistemas , por otro lado, se ocupa de la aplicación de conceptos de ingeniería de sistemas artificiales complejos (quizás también los conceptos utilizados en " ingeniería inversa ") para facilitar la comprensión de las estructuras y funciones de sistemas biológicos complejos.

Distinguir la ingeniería biológica de la ingeniería biomédica puede ser difícil, ya que muchas universidades intercambian libremente los términos "bioingeniería" e "ingeniería biomédica" entre sí [2] . Los ingenieros biomédicos están interesados ​​en aplicar la biología y otras ciencias a la innovación médica, mientras que los ingenieros biológicos se centran en la aplicación de la biología en un sentido general, no necesariamente para las necesidades médicas. Por lo tanto, ni la ingeniería "biológica" ni la "biomédica" se contienen completamente, ya que los bienes "no biológicos" para necesidades médicas pueden existir simultáneamente con los bienes "biológicos" para necesidades no médicas (esta última también incluye la ingeniería de biosistemas).

Historia

La ingeniería biológica es una disciplina de base científica basada en la biología de la misma manera que la ingeniería química, la ingeniería eléctrica y la ingeniería mecánica se basan en la química, la electricidad y el magnetismo, y la mecánica clásica, respectivamente [3] .

La ingeniería biológica se puede separar de sus fundamentos en campos de ingeniería o biología pura. La investigación biológica a menudo sigue un enfoque reduccionista al considerar los sistemas en el nivel más pequeño posible, lo que los lleva naturalmente a herramientas como la genómica funcional. Los enfoques de ingeniería que utilizan conceptos clásicos de diseño y desarrollo son construccionistas en el sentido de que tienen como objetivo crear nuevos dispositivos, métodos y tecnologías a partir de conceptos separados. La ingeniería biológica utiliza ambos tipos de enfoques a la vez, apoyándose en métodos reduccionistas para descubrir, comprender y organizar unidades fundamentales, que luego se combinan para generar algo nuevo [4] . Además, dado que es una disciplina de ingeniería, la ingeniería biológica es fundamentalmente no solo una ciencia, sino la aplicación práctica del conocimiento científico para resolver problemas del mundo real de manera rentable.

Aunque los sistemas de ingeniería se han utilizado para controlar la información, crear materiales, procesar productos químicos, producir energía, proporcionar alimentos y ayudar a mantener y mejorar la salud humana y el medio ambiente, sin embargo, nuestra capacidad para crear sistemas biológicos de manera rápida y confiable con un comportamiento predecible actualmente no está disponible. tan bien desarrollado como nuestra habilidad en mecánica y electricidad [5] .

El Accreditation Council for Engineering and Technology ( ABET [6] ), la organización de acreditación estadounidense para programas de pregrado en ingeniería ,  distingue entre ingeniería biomédica e ingeniería biológica, aunque las disciplinas se superponen en gran medida (ver arriba). Los cursos básicos de estas disciplinas suelen ser los mismos, como la termodinámica, la dinámica mecánica, la dinámica de fluidos, la cinética, la electrónica y la ciencia de los materiales [7] [8] . Según el profesor Daug Lauffenberger del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE. UU.) [9] [10] , la ingeniería biológica (como biotecnología ) tiene un marco más amplio que aplica principios de ingeniería a sistemas muy diferentes en tamaño y complejidad, comenzando desde el nivel molecular: biología molecular , bioquímica , microbiología , farmacología , química de proteínas , citología , inmunología , neurobiología y neurociencia (a menudo, pero no siempre utilizando sustancias biológicas) - y terminando con métodos celulares y tisulares (incluidos dispositivos y sensores), organismos macroscópicos completos (plantas, animales), e incluso ecosistemas enteros.

La palabra "bioingeniería" fue acuñada por el científico y orador británico Heinz Wolff en 1954 [11] . El concepto de bioingeniería también se utiliza para describir el uso de la vegetación en la ingeniería estructural . También puede referirse a cambios ambientales como la protección de la superficie del suelo, la estabilización de taludes, la protección de arroyos y costas, cortavientos, barreras vegetales (incluidas las pantallas y las barreras contra el ruido) y mejoras ambientales. El primer programa de ingeniería biológica se creó en la Universidad de Mississippi (EE. UU.) en 1967 [12] . Se han lanzado planes de estudio más modernos en el MIT [13] y la Universidad de Utah [14] .

Véase también

Notas

  1. ↑ 1 2 Shirinsky V.P. Bioingeniería "Diccionario de términos nanotecnológicos" . Rosnano . Consultado el 27 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 4 de septiembre de 2012.
  2. ↑ NIH definición de trabajo de bioingenieríaアーカイブされたコピー. Consultado el 9 de septiembre de 2010. Archivado desde el original el 12 de mayo de 2008. consultado el 1/1/2007
  3. ↑ Cuello JC, Ingeniería a biología y biología a ingeniería, La conexión bidireccional entre ingeniería y biología en el diseño de ingeniería biológica, Int J Engng Ed 2005, 21, 1-7
  4. ↑ Riley MR, Introducing Journal of Biological Engineering, Journal of Biological Engineering 1,1, 2007, http://www.jbioleng.org Archivado el 26 de octubre de 2015 en Wayback Machine .
  5. ↑ Endy D, Fundamentos de la biología de la ingeniería. Nature 438,449-4 2005, http://www.nature.com/nature/journal/v438/n7067/full/nature04342.html Archivado el 2 de octubre de 2013 en Wayback Machine .
  6. ↑ ABETアーカイブされたコピー. Consultado el 8 de septiembre de 2010. Archivado desde el original el 26 de marzo de 2010. , consultado el 8/9/2010.
  7. ↑ Linsenmeier RA, Defining the Undergraduate Biomedical Engineering Curriculum http://www.vanth.org/curriculum/def_bme_curr.pdf Archivado el 6 de octubre de 2018 en Wayback Machine .
  8. ^ Johnson AT, Phillips WM: "Fundamentos filosóficos de la ingeniería biológica". Revista de Educación en Ingeniería . 1995, 84:311-318
  9. ↑ http://web.mit.edu/be/index.shtml Archivado el 13 de julio de 2014 en Wayback Machine , 14/4/2011
  10. ↑ http://web.mit.edu/be/people/lauffenburger.shtml Archivado el 10 de junio de 2013 en Wayback Machine , 14/4/2011
  11. ↑ Candi Design Ltd. www.candidesign.co.uk. Profesor Heinz Wolff . Heinzwolf.es. Consultado el 13 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 23 de mayo de 2013.
  12. ^ Ingeniería Agrícola y Biológica: Historia del Departamento . abe.msstate.edu. Consultado el 13 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 23 de mayo de 2013.
  13. ↑ MIT | Departamento de Ingeniería Biológica . Web.mit.edu. Consultado el 13 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 23 de mayo de 2013.
  14. ↑ Ingeniería biológica . be.usu.edu. Consultado el 13 de noviembre de 2011. Archivado desde el original el 23 de mayo de 2013.

Enlaces

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