由包括康奈尔工程学院在内的来自世界各地大学的50名知名研究人员组成的联盟发表了一篇论文，确定了生物医学工程的五大挑战，并表示这将为全球共同努力实现技术和医学突破奠定基础。
这篇题为“工程与医学界面的巨大挑战”的论文于2月21日发表在IEEE医学和生物学工程开放期刊上，是由IEEE医学和生物学工程学会、约翰霍普金斯大学生物医学工程系和加州大学圣地亚哥分校生物工程系组织的为期两天的研讨会的结果。合著者包括康奈尔大学Meinig生物医学工程学院的James M.和Marsha McCormick主任Marjolein van der Meulen。
“工程和医学的界面很重要，而且在不断增长，超越了生物医学工程，”van der Meulen说，他也是特殊外科医院研究部的高级科学家。“这次研讨会汇集了该领域的领导者，专注于未来进展的关键领域，从而确定了五大挑战。这些挑战为工程方法和跨学科团队提供了改变人类健康和疾病的机会。
“我们在这里取得的成就将成为未来十年改变医学格局的突破性研究的路线图，”该论文的资深作者、约翰霍普金斯大学生物医学工程系教授兼主任迈克尔米勒博士说。“该工作组的成果具有重要的研究和培训机会，有望在未来几十年内在工程和医学领域产生共鸣。
在研讨会期间，研究人员确定了五个尚未解决的主要医学挑战，但通过先进的生物医学工程方法解决这些挑战，可以大大改善人类健康。通过关注这五个领域，该联盟为未来的研究和资金制定了路线图。
生物医学工程面临的五大挑战：
1. 将精密工程与精准医学架起桥梁，打造个性化生理化身
在日益数字化的时代，我们拥有收集大量患者数据的技术，临床医生可以添加或提取这些数据。利用这些数据来开发精确的生理学模型，称为“化身”——考虑到多模态测量和合并症、伴随药物、潜在风险和成本——可以将个体患者数据与超个性化护理、诊断、风险预测和治疗联系起来。可穿戴传感器和数字孪生等先进技术可以为应对这一挑战提供解决方案的基础。
2、追求人体健康的按需组织器官工程
组织工程正在进入一个关键时期，在这个时期，按需开发组织和器官，无论是永久性的还是临时的植入物，正在成为现实。为了引导这种模式的发展，需要干细胞工程和制造方面的关键进展，以及基因编辑等辅助技术。其他形式的干细胞工具，如器官芯片技术，很快就可以使用患者自己的细胞来构建，并可以进行个性化预测并充当“化身”。
3. 使用人工智能 （AI） 设计先进的脑接口系统，彻底改变神经科学
使用人工智能，我们有机会通过日常情况和现实世界的功能来分析大脑的各种状态，以无创地查明病理性大脑功能。创造能够做到这一点的技术是一项艰巨的任务，但这种可能性越来越大。脑假体可以补充、替代或增强功能，可以减轻由神经系统疾病引起的疾病负担。此外，大脑解剖学、生理学和行为学的人工智能建模，以及神经类器官的合成，可以解开大脑的复杂性，使我们更接近理解和治疗这些疾病。
4. 设计免疫系统以促进健康和保健
随着对控制免疫系统的基础科学的深入了解，我们可以战略性地利用免疫系统来重新设计人体细胞，将其作为治疗和医学上宝贵的技术。免疫疗法在癌症治疗中的应用证明了工程原理与疫苗、基因组、表观基因组和蛋白质工程的创新相结合，以及纳米医学技术、功能基因组学和合成转录控制的进步。
5. 设计和工程用于生物体再利用和基因组扰动的基因组
尽管基因组学在过去几十年中取得了快速发展，但我们设计基因组DNA的能力仍然存在障碍。了解人类基因组及其活性的设计原理可以帮助我们为许多不同的疾病创造解决方案，这些疾病涉及将新功能设计到人类细胞中，有效地利用表观基因组和转录组，以及构建新的基于细胞的疗法。除此之外，体内基因工程的基因递送方法仍然存在重大障碍，我们认为生物医学工程是解决这个问题的一个组成部分。
“这些巨大的挑战提供了独特的机会，可以改变工程和医学的实践，”该工作组的主要作者，加州大学圣地亚哥分校生物工程系Shu Chien-Gene Lay杰出教授，IEEE EMBS前任主席Shankar Subramaniam博士说。“多尺度传感器和设备形式的创新、人形化身的创建以及由人工智能驱动的异常逼真的预测模型的开发可以从根本上改变我们的生活方式和对病理的反应。机构可以彻底改变生物医学和工程学的教育，培养最伟大的人才来参与有史以来最重要的问题——人类健康。
本文经许可改编自IEEE医学和生物学工程学会发布的原始版本。
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://news.cornell.edu/stories/2024/03/consortium-identifies-5-grand-challenges-biomedical-engineering