一个新的，全面的未来生物医学工程路线图

IEEE和IEEE医学与生物工程学会(IEEE EMBS)发表了一份关于生物医学工程领域的详细立场文件，题为“工程与医学界面的重大挑战”。该论文发表在《IEEE医学与生物学工程开放杂志》(IEEE OJEMB)上，由来自全球34所著名大学的50名知名研究人员组成的财团撰写，为全球协同努力实现技术和医学突破奠定了基础。

　　

生物医学工程领域为该领域，其研究人员和学生提供了一个惊人的未来。

世界上最大的致力于为人类推进技术的专业技术组织IEEE和IEEE医学与生物工程学会(IEEE EMBS)最近发表了一份关于生物医学工程领域的详细立场文件，题为“工程与医学界面的重大挑战”。该论文发表在《IEEE医学与生物学工程开放杂志》(IEEE OJEMB)上，由来自全球34所著名大学的50名知名研究人员组成的财团撰写，为全球协同努力实现技术和医学突破奠定了基础。

在立场文件中代表匹兹堡大学的是斯旺森工程学院临时美国钢铁学院院长Sanjeev G. Shroff;Gerald E. McGinnis生物工程特聘教授;医学教授。

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:“我们在这里取得的成就将成为未来十年改变医学格局的开创性研究的路线图。”“工作组的成果，包括重要的研究和培训机会，将在未来几十年在工程和医学领域引起共鸣。”

Shroff博士说:“自25年前我们的生物工程系成立以来，我们见证了皮特斯旺森工程学院、医学院、健康与康复科学学院、麦高恩再生医学研究所、脑研究所和匹兹堡大学医学中心(UPMC)之间的合作伙伴关系所带来的变革性进步和新技术。”“生物医学工程领域正处于其发展的关键时刻，需要反思过去，确定将继续改善人类状况的单一挑战，这些新的重大挑战，通过全球辩论发展起来，将有助于指导我们的学术项目和研究，并为下一代生物工程师做好准备。”

该立场文件是两年讨论的结果，最终在IEEE EMBS与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上完成。通过研讨会的过程，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它们，可以极大地改善人类健康。通过关注这五个领域，该联盟为未来的研究和资助制定了路线图。

生物医学工程面临的五大挑战

1. 连接精准工程和精准医学的个性化生理化身
   
   在一个日益数字化的时代，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。利用这些数据开发精确的生理学模型，称为“avatar”，它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高度个性化的护理、诊断、风险预测和治疗联系起来。先进的技术，如可穿戴传感器和数字孪生，可以为解决这一挑战提供基础。
    

2. 为人类健康追求按需组织和器官工程
   
   组织工程正在进入一个关键时期，在这个时期，根据需要开发组织和器官，无论是永久的还是临时的植入物，都正在成为现实。为了引导这种模式的发展，需要在干细胞工程和制造方面取得关键进展，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，并且可以进行个性化预测并充当“化身”。
    

3. 利用人工智能(AI)革新神经科学，设计先进的脑接口系统
   
   利用人工智能，我们可以通过日常情况和现实世界的功能来分析大脑的各种状态，以无创地精确定位病理大脑功能。创造能够做到这一点的技术是一项艰巨的任务，但它越来越有可能实现。脑修复术是一种补充、替代或增强功能的方法，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、生理学和行为的人工智能建模，以及类神经器官的合成，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. 为健康而设计免疫系统
   
   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重新设计人体细胞，使其成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方面的创新，以及纳米医学技术、功能基因组学和合成转录控制方面的进步相结合。
    

5. 设计和工程基因组的生物体重新利用和基因组扰动
   
   尽管在过去的几十年里，基因组学取得了迅速的进步，但在我们设计基因组DNA的能力上仍然存在障碍。了解人类基因组的设计原理及其活性可以帮助我们为许多不同的疾病创造解决方案，这些解决方案涉及在人类细胞中设计新的功能，有效地利用表观基因组和转录组，以及建立新的基于细胞的治疗方法。除此之外，体内基因工程的基因传递方法仍然存在重大障碍，我们认为生物医学工程是解决这一问题的一个组成部分。

“这篇论文代表了生物医学工程进步的一个重要里程碑，这只能通过密切合作而不是许多孤立的个人的工作来实现，”联盟成员Metin Akay博士说，他是休斯顿大学生物医学工程系的创始主席和IEEE EMBS的大使。“我们共同致力于推进以患者为中心的技术、医疗保健功效和可及性——这超出了学术机构的范畴——并在全球范围内提高医疗保健质量、降低成本和改善生活。”

“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，”Shankar Subramaniam博士说，他是加州大学圣地亚哥分校生物工程系的杰出教授，也是IEEE EMBS的前任主席。“多尺度传感器和设备的创新，类人化身的创造，以及由人工智能驱动的非常逼真的预测模型的发展，可以从根本上改变我们的生活方式和对疾病的反应。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解决有史以来最重要的问题——人类健康。”