[生物医学工程和医学影像]生物物理学是如何改变医学影像的?

据《自然》杂志网站报道,生物物理学是在分子细胞组织生物体的尺度上研究生物物理现象和物理过程的学科,它利用物理学的原理和方法来理解生物系统。

两个学科相得益彰

1953年,科学家们用生物物理学揭示了DNA的结构。 生物物理学组织网报道,这一发现对于明确DNA如何成为生命的“蓝图”很重要。 现在可以读取人类和多种生物体的DNA序列,生物物理学技术对分析这些海量数据是必不可少的。

韦茨说:“随着对生物材料理解的加深,可以使用获得的知识了解生物材料的相关知识。 生物学和物理学因提供了两种截然不同的看法而相得益彰,一种是研究“单个分子细节”的生物学家,另一种是分析“蛋白质的许多相互作用”后对问题有更全面的看法的物理学家。 ”

近年来,生物物理学最重要的应用之一是疫苗中含有核糖核酸的纳米粒子,之所以能取得这一成果,要归功于科学家们从生物膜中获得灵感,并运用了物理原理。

推进组织工程

生物物理学有前景的应用领域之一是组织工程,是制备生物组织等人造材料。 这将在医学上有广阔的应用空间,比如人们有为自己定制的材料来修复和更换受损的器官。

在这里也离不开起着重要作用的物理学知识。 想要得到某个组织物,必须制作点什么。 细胞,细胞周围的东西。 必须以某种方式使其成长。 另外,还必须组织起来。 ”韦茨说。 2016年,韦兹的团队培养了一个人工肝脏组织来测试新药物的疗效。

一些团队正在研究人工心脏。 为了从头开始构建人类的心脏,必须重建螺旋几何形状——并复制构成心脏的独特结构,包括心脏跳动时,心肌产生螺旋几何形状的扭转运动。

今年7月,哈佛大学约翰保尔森工程与应用科学学院的生物工程师利用新的增材纺织制造方法,开发出第一个在螺旋排列中具有跳动心脏细胞的人心室生物混合模型,证明肌肉排列每次收缩都能确实增加心室输送的血液量。 这项工作是器官生物制造向前迈出的重要一步,接近用于移植的人体心脏制造的最终目标。 相关研究结果发表在今年7月7日出版的《科学》杂志上。

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他认为,虽然实现这样的目标非常困难,但“它来了”。

医学影像的改进

生物学家已经开发出了核磁共振成像CT扫描PET扫描等复杂的诊断成像技术。 生物物理学仍然是发展更安全更快更准确技术的关键,这些技术可以改善医学影像,使人们对人体内部动作有更多的知识。

2017年10月4日,瑞士生物物理学家杰克迪波什德国生物物理学家约阿金弗兰克和苏格兰分子生物学家生物物理学家理查德亨德森通过开发冷冻电镜,简化生物细胞成像过程,提高成像质量,获得诺贝尔化学奖

正如科学家指出的,生物物理学是研究前沿的科学领域,正以惊人的方式改变着人们对生物学的理解和医学实践。


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