Définition de la physique biomédicale

La physique biomédicale est une branche scientifique interdisciplinaire qui consiste en l'étude de différentes applications des sciences physiques et mathématiques dans le domaine biomédical.

Le besoin actuel d'obtenir des résultats quantitatifs à partir d'expériences biologiques, de développer des technologies utilisées dans différentes méthodes de diagnostic ou thérapeutiques, entre autres, a nécessité la collaboration de diverses disciplines scientifiques et des personnes ayant une formation interdisciplinaire permettant leur incursion dans ce type de Projets. La physique biomédicale consiste en des applications des sciences physiques et mathématiques en biomédecine, ces applications vont de la enquête en sciences fondamentales dans le domaine biomédical aux sciences appliquées dans des sujets d'intérêt médical ou sanitaire.

Quel est le lien entre la physique et la biomédecine?

Bien qu'au premier abord la Physique et la Biomédecine semblent être deux très éloignés l'un de l'autre, la vérité est que plusieurs fois la barrière qui les sépare devient un si diffus. Peut-être que la première preuve suggérant une relation entre la physique et la biologie a été les expériences menées par Luigi Galvani dans lesquelles il a observé qu'en passant un

courant électrique par la moelle épinière d'une grenouille morte, les pattes de la grenouille secouaient d'une manière similaire à la façon dont elles le faisaient quand la grenouille était vivante. Aujourd'hui, nous savons que les signaux nerveux ne sont rien de plus que des impulsions électriques qui sont envoyées à à travers les axones des neurones et que la contraction musculaire est effectuée par un constant transport d'ions à travers les membranes des fibres musculaires.

En raison de cette importance que les phénomènes électriques ont chez les êtres vivants, la Physique a largement contribué à la développement de techniques permettant la détection de signaux bioélectriques pour l'étude de systèmes biologiques ou pour le diagnostic de maladies. Dans cette dernière catégorie, se distinguent les techniques de diagnostic telles que l'électrocardiogramme (ECG), qui consiste à détecter les signaux électriques du coeur et l'électroencéphalogramme (EEG) qui analyse les signaux électriques du cerveau, les deux méthodes permettent la détection de des anomalies des signaux électriques des organes précités pouvant être liées à diverses pathologies ou conditions.

Les découvertes faites par la physique ont également eu un grand impact sur l'étude de la biologie. La découverte des rayons X par Röntgen en 1895 a permis le développement de la cristallographie aux rayons X, une technique qui utilise les rayons X pour découvrir la structure atomique de certaines molécules. Cette technique a été utilisée par Rosalind Franklin, James Watson et Francis Crick pour mettre fin au grand mystère de la structure du adn et révéler sa structure en double hélice. De plus, la physique a joué un rôle important dans l'étude quantitative des mécanismes moléculaires qui rendent possible l'existence de la vie et le développement de techniques telles que microscope à force atomique (AFM), des pinces optiques et des systèmes microfluidiques qui facilitent l'étude des systèmes biologiques.

En médecine, certaines techniques de diagnostic telles que les rayons X, la tomodensitométrie (CT) et la tomographie par imagerie La cohérence optique (OCT) ne serait pas possible sans la compréhension du rayonnement électromagnétique et de son interaction avec le corps humain. Autres méthodes de diagnostic telles que la résonance magnétique (MR) et la tomographie par émission de positons (PET Scan) Ils sont basés sur des phénomènes purement quantiques dont la compréhension leur a permis de trouver une application dans le domaine médecin. En outre, des traitements tels que la radiothérapie qui consiste à appliquer de fortes doses de rayonnement agent ionisant pour tuer les cellules cancéreuses de manière ciblée, nécessite une surveillance constante pour assurer la efficacité du traitement et de la sécurité du malade. Il est important de mentionner que le développement et la gestion de ces techniques de diagnostic et de traitement sont la tâche d'une autre branche plus spécialisée de la physique appelée "Physique Médicale".

Actuellement, l'une des branches qui prend un poids considérable dans la recherche biomédicale est le développement de modèles mathématiques et informatiques des processus physiologiques. Dans ces modèles, la physique et les mathématiques sont utilisées pour faire des abstractions numériques des systèmes biologiques, ces modèles peuvent être introduits dans un ordinateur pour réaliser des simulations et réaliser ce que l'on appelle des « Etudes In Silico ». Les expériences In Silico ont été très utiles pour guider et stimuler d'autres expériences qui sont sont menées dans le domaine biologique et on s'attend à ce qu'à l'avenir, elles jouent un plus grand rôle dans des disciplines telles que la Biologie moléculaire, la Pharmacologie, entre autres.

Les réponses aux grandes énigmes de la nature ont été obtenues grâce à l'interaction de différentes disciplines scientifiques, et tout semble indiquer que cela continuera d'être le cas à l'avenir.