مهندسی پزشکی رشته ای است که بین علوم پزشکی و مهندسی ارتباط برقرار می کند. در این رشته تکنولوژی و کشفیات جدید در شته های گوناگون مهندسی
در خدمت علم پزشکی قرار گرفته و باعث پیشرفت هایی در علم پزشکی و نجات جان انسان ها می شود. گرچه مهندسی پزشکی از جمله مهندسی های نسبتآ جدید است، قدمت استفاده از این علم بسیار زیاد است. یکی از مومیایی های کشف شده به جای یکی از انگشتانش قطعه چوبی قرار گرفته بود که می توان گفت این عضو مصنوعی مورد استفاده بوده است و مصریان باستان نیز از نی توخالی برای معاینه اعضای داخلی بدن استفاده می کردند.
با پیشرفت علوم مختلف و کشف آلیاژها و مواد جدید مانند پلیمرها، پیشرفت چشمگیری در زمینه مهندسی پزشکی اتفاق افتاد و به علت گستردگی و وسعت دروس مربوط به این رشته، گرایش های مختلفی در این رشته به وجود آمد که عبارتند از:
۱- گرایش بیوالکتریک
۲- گرایش بیو مکانیک
۳- گرایش بیو متریال
۴- گرایش مهندسی سلول، بافت و ژنتیک ۵
– گرایش تصویرگری پزشکی ۶
– گرایش مهندسی توانبخشی
۷- گرایش مدل سازی سیستم های فیزیولوژیکی
۸- گرایش طراحی اندام های مصنوعی و دستگاه ها از میان این گرایش های مختلف مهندسی پزشکی، در گرایش بیومتریال و مهندسی سلول، بافت و ژنتیک و طراحی اندام های مصنوعی و دستگاه ها مستقیمآ با علم پلیمر در ارتباط اند. البته سایر گرایش ها نیز به طور غیر مستقم با آن علوم مرتبط اند.
به طور کلی موارد استفاده بومترال ها در جایگزینی و تعویض اعضا و اندام هایی از بدن است که بر اثر بیماری یا آسیب، کاربری خود را از دست داده اند. از این طریق کاربری این اندام ها اصلاح شده و ناهنجاری یا وضعیت غیر طبیعی آنها اصلاح می شود. از آن جایی که بسیاری از اعضا و بافت های جایگزین شده آسیب دیده اند، محقق باید تغییرات سلولی و علل انها را بشناسد.
در بسیاری از موارد اثر مواد تنها پس از قرار گرفتن در مجاورت سلول های زنده مشخص می شود. لذا محقق باید توانایی ارزیابی اثر مواد بر سلولها و رفتار آنها را داشته باشد. به طور کلی، مواد مورد استفاده در بدن را به چهار گروه تقسیم می کنند:
۱- فلزات
۲- سرامیک ها
۳- پلیمرها ۴
– کامپوزیت ها
در این گرایش زمینه های متفاوت رو به رشدی مانند سیستم های رهایش کنترل شده دارو (Controlled release )، اصلاح سطوح مواد، نانو تکنولوژِی، بیوسنسورها و ….. وجود دارد.با توجه به مسائل ذکر شده، توانایی های مهندس بیومتریال عبارتند از:
۱- آشنایی کامل با علوم تولید و کاربردی مواد ۲
– شناخت آناتومی و فیزیولوژِی و توانایی برقراری ارتباط مواد با این محیط ۳
– آشنایی به روش های اصلاح سطح و پوشش دهی مواد
۴- آشنایی با روش های دارو رسانی و کنترل رهایش دارو
۵- آشنایی با روش های تخریب پلیمرها، خوردگی فلزات و از بین رفتن سرامیک ها ۶
– آشنایی با مباحث بیوسنسورها ۷
– آشنایی با اصول و عملکرد تجهیزلت پزشکی در بسیاری از طبقه بندی ها و در ایران، گرایش سلول، بافت و ژنتیک از زیر شاخه های بیو متریال در نظر گرفته می شود.
این گرایش بسیار جوان است و در حدود ۲۰ سال است که معرفی شده است. هدف این شاخه مطالعه و تهیه مدل های ایده آل از ماکرومولکول ها و ساختار سلولی است که باعث فهم عمیق تر تاثیر عملکرد نادرست آنها می شود. یکی دیگر از اهداف این گرایش بازیابی جراحات در بافت های آسیب دیده و تولید نمونه های مصنوعی اعضا و بافت هاست.
از جمله این بافت ها و ارگان ها می توان به استخوان، غضروف، کبد، پانکراس، پوست و عروق خونی اشاره کرد. یکی از تکنولوژی های جدید جداسازی و گسترش سلول های بنیادی است. تکنولوژی دیگر در زمینه مهندسی بافت، تغییرات ژنتیکی سلول ها در محیط آزمایشگاهی و محیط بدن است. مهندسی بافت دانش را فراهم می کند که وابسته به شناخت از سلولها است.
در مهندسی بافت علاوه بر منبع سلولی مناسب،باید یک داربست مناسب هم تهیه می شود. زیرا بافت هایی مانند غضروف که غیر رگی است، توانایی محدودی برای خود ترمیمی دارند و امکان دارد دچار تغییر ژنی شوند. داربست مناسب در مهندسی بافت مانند بافت های دیگر باید شامل یک سری اجزای کلیدی باشد که عبارتند از زیست تخریب پذیری و سازگاری.
هم چنین داربست مناسب باید متخلخل بوده و از نظر مکانیکی پایدار باشند و به سلول اجازه عبور و هدایت سیگنال های خارج سلولی را بدهند. برای مثال در مورد غضروف، داربست پلیمری نانو فیبری به عنوان نمونه ای مناسب برای القای غضروف زایی به کار برده شده اند.
از داربست های هیدروژلی هم استفاده می شود. داربست های هیدروژلی و غیر هیدروژلی به عنوان داربست های زیست تحریب پذیر، بسیار انعطاف پذیر بوده و برای ترمیم نواقص بافتی مناسبند. این داربست ها به علت شکل نامنظمی که دارند و با تحت فشار قرار دادن سلول های بنیادیاز تغییر شکل آنها جلوگیری می کنند.
داربست های غیر هیدروژلی به شکل اسفنجی، فوم مانند و رشته ای بوده و بسیار متخلخل می باشند. البته برای رفع یک سری نواقص بافتی از هیدروژل ها هم استفاده شده است. زمینه های پلیمری با قابلیت اتصال متقاطع که قابل تزریق بوده و سلول ها را به دام می اندازند، طراحی شده اند و محققین در حال بررسی تکنیک هایی هستند که فواید هر دو ساختار ژلی فیبری را دارا باشند.