Definizione di Fisica Biomedica

La Fisica Biomedica è una branca scientifica interdisciplinare che consiste nello studio di diverse applicazioni delle scienze fisico-matematiche nell'area biomedica.

L'attuale necessità di ottenere risultati quantitativi da esperimenti biologici, per sviluppare tecnologie utilizzate in diversi metodi di diagnosi o terapie, tra l'altro, ha richiesto la collaborazione di diverse discipline scientifiche e persone con una formazione interdisciplinare che consente la loro incursione in questo tipo di Progetti. La Fisica Biomedica consiste nelle applicazioni delle scienze fisico - matematiche in biomedicina, queste applicazioni vanno dal indagine nelle scienze di base nell'area biomedica alle scienze applicate in argomenti di interesse medico o sanitario.

Come sono collegate la fisica e la biomedicina?

Anche se all'inizio Fisica e Biomedicina sembrano essere due cose molto diverse distanti l'uno dall'altro, la verità è che molte volte la barriera che li separa diventa a così diffusa. Forse le prime prove che suggerirono una relazione tra Fisica e Biologia furono gli esperimenti condotti da Luigi Galvani in cui osservò che, passando un

corrente elettrica dal midollo spinale di una rana morta, le zampe della rana sussultavano in modo simile a come facevano quando la rana era viva. Oggi sappiamo che i segnali nervosi non sono altro che impulsi elettrici che vengono inviati a attraverso gli assoni dei neuroni e che la contrazione muscolare è effettuata da a costante trasporto di ioni attraverso le membrane delle fibre muscolari.

A causa di questa rilevanza che i fenomeni elettrici hanno negli esseri viventi, la fisica ha contribuito in larga misura alla sviluppo di tecniche che consentano la rilevazione di segnali bioelettrici per lo studio di sistemi biologici o per la diagnosi di malattie. In quest'ultima categoria spiccano le tecniche diagnostiche come l'Elettrocardiogramma (ECG), che consiste nel rilevare i segnali elettrici del cuore e l'Elettroencefalogramma (EEG) che analizza i segnali elettrici del cervello, entrambi i metodi consentono il rilevamento di anomalie nei segnali elettrici dei suddetti organi che possono essere correlate a varie patologie o condizioni.

Le scoperte fatte dalla Fisica hanno avuto un grande impatto anche sullo studio della Biologia. La scoperta dei raggi X da parte di Röntgen nel 1895 permise lo sviluppo della cristallografia a raggi X, una tecnica che utilizza i raggi X per scoprire la struttura atomica di alcune molecole. Questa tecnica è stata utilizzata da Rosalind Franklin, James Watson e Francis Crick per porre fine al grande mistero della struttura del DNA e rivelare la sua struttura a doppia elica. Inoltre, la fisica ha svolto un ruolo importante nello studio quantitativo dei meccanismi molecolari che rendono possibile l'esistenza della vita e lo sviluppo di tecniche come microscopio a forza atomica (AFM), pinzette ottiche e sistemi microfluidici che facilitano lo studio dei sistemi biologici.

In medicina, alcune tecniche diagnostiche come i raggi X, la tomografia computerizzata (TC) e la tomografia per immagini La coerenza ottica (OCT) non potrebbe essere possibile senza la comprensione della radiazione elettromagnetica e della sua interazione con il corpo umano. Altri metodi diagnostici come la Risonanza Magnetica (MR) e la Tomografia ad Emissione di Positroni (PET Scan) Si basano su fenomeni puramente quantistici la cui comprensione ha permesso loro di trovare applicazione sul campo medico. Inoltre, trattamenti come la radioterapia che consiste nell'applicazione di grandi dosi di radiazioni agente ionizzante per uccidere le cellule tumorali in modo mirato, richiede un monitoraggio costante per garantire il efficacia del trattamento e del sicurezza del paziente. È importante ricordare che lo sviluppo e la gestione di queste tecniche diagnostiche e terapeutiche sono compito di un'altra branca della fisica più specializzata chiamata "Fisica Medica".

Attualmente, uno dei rami che sta acquisendo un peso considerevole nella ricerca biomedica è lo sviluppo di modelli matematici e computazionali di processi fisiologici. In questi modelli la fisica e la matematica sono usate per fare astrazioni numeriche di sistemi biologici, questi modelli possono essere introdotti in a computer effettuare simulazioni ed effettuare i cosiddetti “Studi In Silico”. Gli esperimenti di In Silico sono stati molto utili per guidare e stimolare altri esperimenti che lo sono sono svolte nell'area biologica e si prevede che in futuro assumeranno un ruolo maggiore in discipline come IL Biologia molecolare, IL Farmacologia, tra l'altro.

Le risposte ai grandi enigmi della natura sono state ottenute grazie all'interazione di diverse discipline scientifiche, e tutto sembra indicare che così continuerà ad essere anche in futuro.