Autor: Andrzej Weryński

Współczesna medycyna jest oparta na faktach (evidence based medicine), innymi słowy, na wynikach badań, które prowadzą do bardziej zindywidualizowanej diagnozy i sposobu leczenia dobranego do charakterystyki pacjenta. To z kolei wymaga dostępności do najlepszej aparatury diagnostycznej, która nie może być jednak zbyt droga. Ten rozwój można nazwać medycyną opartą na inżynierii (engineering based medicine).

Inżynieria biomedyczna przyczynia się, w sposób istotny, przez rozwój aparatury, do postępów w diagnostyce, terapii oraz rehabilitacji.

Szeroko rozumiane biopomiary spowodowały rewolucję w diagnostyce chorób, która rozpoczęła się w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku dzięki wprowadzeniu tomografii komputerowej, obrazowania przy pomocy rezonansu magnetycznego oraz ultrasonografii. Skanowanie przy pomocy tomografii komputerowej dostarczyło wysokiej jakości przekrojowe obrazy pacjenta. Rezonans magnetyczny zrewolucjonizował obrazowanie miękkich tkanek dostarczając obrazy statyczne oraz dynamiczne obrazy przepływów i procesów metabolicznych. Ultrasonografia także umożliwia obrazowanie miękkich tkanek wprawdzie z mniejszą rozdzielczością, lecz jest znacznie tańsza i dzięki temu bardziej dostępna. Rozwój technik obrazowania był możliwy również dzięki opracowaniu metod rekonstrukcji obrazów oraz metod ich ilościowej analizy z zastosowaniem komputerów i odpowiednich algorytmów. Prace nad nimi ciągle trwają celem uzyskiwania lepszej jakości obrazów.

W przyszłości rozwój biopomiarów będzie związany z postępami w elektronice, optyce, biomateriałach oraz miniaturyzacji. Rozwój tzw. bioMEMS (systemy biomikroelektromechaniczne, które integrują elektryczne, mechaniczne i optyczne systemy w skali mikro) oraz obwody systemów mikroprzepływowych (łączących na poziomie mikroskopowym obwody pompowania, mieszania oraz reakcji biochemicznych) pozwoli na stworzenie tzw. laboratoriów na obwodach scalonych (lab on a chip), które zrewolucjonizują diagnostykę umożliwiając rutynową i czułą analizę tysięcy substancji mierzonych równocześnie z pojedynczej próbki.

Inną dziedziną, w rozwoju której inżynieria biomedyczna miała decydujący wpływ, są systemy i urządzenia do wspomagania lub zastępowania narządów wewnętrznych, narządów ruchu oraz zmysłów.

Sztuczne komory serca pozwalają obecnie znacznie wydłużyć czas oczekiwania na naturalne serce do transplantacji. W ciągu niezbyt odległej przyszłości powstanie z pewnością całkowicie wszczepialne sztuczne serce, które będzie mogło pracować przez wiele lat w organizmie pacjenta.

Sztuczna nerka praktycznie wyeliminowała śmierć z powodu chronicznej niewydolności nerek. Jednak komplikacje (niedożywienie, zapalenia i arteroskleroza) towarzyszące terapiom nerkozastępczym wymagają dalszego rozwoju dializoterapii.

Telemedycyna (zdalne monitorowanie pacjenta) umożliwia znacznie lepsze prowadzenie pacjentów cukrzycowych i zmniejsza niebezpieczeństwo komplikacji. Prowadzone są prace, i w przyszłości z pewnością się zintensyfikują, nad wszczepialną sztuczną trzustką i trzustką hybrydową (opłaszczanie świńskich wysp trzustkowych).

Implanty słuchowe pozwalają na przywrócenie słuchu u osób niesłyszących, a syntetyczna mowa pozwala na komunikację telefoniczną osobom niemym.

Powyżej podałem tylko przykłady spektakularnych sukcesów inżynierii biomedycznej we wspomaganiu medycyny dla dobra pacjenta. Szczegółowy opis tych i innych rozwiązań można znaleźć w ostatnio wydanej dziewięciotomowej monografii Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000. Należy oczekiwać, że w przyszłości inżynieria biomedyczna będzie musiała znacznie szerzej włączyć do zakresu badań osiągnięcia z zakresu biologii, w szczególności biologii molekularnej i genetyki.

Przykładem może być zastosowanie metod sztucznej inteligencji do badania genomów pacjentów, u których rozwinęła się chroniczna niewydolność nerek, celem identyfikacji czynników ryzyka. Innym bardzo obiecującym kierunkiem badań jest i będzie inżynieria komórkowa i tkankowa, szczególnie, w najbliższej przyszłości, do hodowli tkanek kostnych, chrząstek (chondrocytów), opłaszczania (immunoizolacja) wysp trzustkowych do celów ksenotransplantacji oraz budowa bioreaktorów z komórkami wątrobowymi do wspomagania lub zastępowania czynności wątroby.

Innym obiecującym kierunkiem (należącym do biocybernetyki) jest rozwój wieloskalowego modelowania matematycznego i komputerowego (od poziomu genów poprzez komórki i tkanki do systemów narządów). Tego typu modelowanie jest popierane w siódmym Programie Ramowym Unii Europejskiej i rozwijane również w USA (np. Physiome Project, http:www.physiome.org). Główne cele tego modelowania, moim zdaniem, to uporządkowanie wiedzy fizjologicznej, eliminacja (przynajmniej częściowa) eksperymentów (kosztownychi budzących często wątpliwości etyczne) na zwierzętach, istotna pomoc w nauczaniu oraz stworzenie systemów wspomagania decyzji dla lekarzy.

W świetle powyżej przedstawionego prawdopodobnego rozwoju Biocybernetyki i inżynierii biomedycznej zadania Komitetu powinny obejmować nowe inicjatywy. Ważnym zadaniem jest stworzenie dokładnych map działalności badawczej, szkoleniowej i produkcyjnej w Polsce w dziedzinie biocybernetyki i inżynierii biomedycznej. Takie mapy pozwolą na zorientowanie się, jakie dziedziny rozwijają się i jaki jest ich poziom na tle europejskim i światowym. Komitet powinien wspomagać współpracę międzynarodową, szczególnie na obszarze Unii Europejskiej.

Komitet powinien stworzyć grupy studyjne, które z kolei powinny analizować rozwój poszczególnych, najbardziej obiecujących kierunków badawczych w Polsce i na świecie i które powinny opracowywać okresowe raporty i organizować seminaria celem dalszej ich stymulacji.

Innym ważnym kierunkiem działalności Komitetu powinna być współpraca z Ministerstwem Nauki i Szkolnictwa Wyższego celem włączenia Komitetu (przynajmniej częściowo) do oceny zgłaszanych projektów badawczych z dziedziny biocybernetyki i inżynierii biomedycznej oraz oceny wyników badań powstałych w ramach projektów po ich zakończeniu. Moim zdaniem, wzorem Narodowych Instytutów Zdrowia (NIH), USA, należy w Polsce stworzyć fundusz na tzw. projekty badawcze wysokiego ryzyka (high risk research grants). Projekty takie powinny dotyczyć ważnych, pionierskich dziedzin, w których wynik badań zakończonych sukcesem jest obarczony wysokim ryzykiem. Jednym z paradoksów istniejącego systemu projektów badawczych, moim zdaniem, jest to, że większe szanse na realizację mają te projekty, których pozytywny wynik może być przewidziany z dużym prawdopodobieństwem, ale które moją przez to niewielkie znaczenie naukowe.

Ważnym zadaniem dla Komitetu jest zorganizowanie z przemysłem współpracy dotyczącej wykorzystania przez przemysł obiecujących wyników badań naukowych oraz stymulowania współpracy między instytucjami badawczymi a przemysłem.

Wyżej przedstawione przemyślenia były tylko częściowo konsultowane z członkami Komitetu i wymagają jeszcze szerokiej dyskusji i konsultacji.