أولًا: المفهوم والأساس
تصميم الأحياء (Biodesign) منهج ابتكاري متكامل يربط الطب والهندسة والبيانات، ويعتمد إطارًا ثلاثي المراحل وضعه مركز Stanford Biodesign:
1. تحديد الحاجة (Identify): مراقبة سريرية معمّقة وصياغة «عبارات الحاجة».
2. الاختراع (Invent): تطوير أفكار وحلول ونماذج أولية.
3. التنفيذ (Implement): استكمال البراءات والتنظيم والسداد والتسويق.
يتميّز هذا التخصص بأنه موجَّه نحو الأثر العملي، أي منطلق من مشكلة صحية ملموسة وصولًا إلى حل جاهز للتطبيق في المستشفى أو المجتمع.
ثانيًا: مجالات التخصص
1. التشخيص الطبي:
- أجهزة نقطة الرعاية (Point-of-care).
- تقنيات CRISPR (مثل SHERLOCK وDETECTR) لتشخيص سريع ودقيق.
- اختبارات منزلية للأمراض المزمنة والمعدية.
2. دعم العلاج والتداخلات:
- أدوات جراحية ذكية وروبوتيات دقيقة.
- أجهزة قابلة للزرع أو الارتداء لدعم علاج القلب والأعصاب.
- مواد حيوية ذكية تحفّز الشفاء أو تعالج الالتهابات.
3. إدارة البيانات الصحية:
- مؤشرات رقمية (Digital Biomarkers) من الأجهزة والملبوسات.
- أنظمة التعلم الاتحادي (Federated Learning) لحماية الخصوصية أثناء تدريب الذكاء الاصطناعي عبر مؤسسات متعددة.
4. البحث الطبي والترجمة السريرية:
- «أعضاء على شريحة» كبدائل للاختبارات الحيوانية.
- نماذج حاسوبية للتنبؤ بالاستجابات الدوائية.
5. التطبيقات الأخرى:
- الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد لأعضاء وأنسجة مخصصة.
- الصحة الرقمية (Digital Health) والطب الشخصي.
- التصميم الأخلاقي والبيئي (Sustainable Biodesign): حلول تراعي العدالة الصحية وتقليل الأثر البيئي.
ثالثًا: المهارات والخبرات المطلوبة
- تقنية/هندسية: تصميم أجهزة طبية باستخدام أدوات مثل SolidWorks وCOMSOL، الميكروفلويدكس، المواد الحيوية.
- برمجية/بيانية: برمجة بلغة بايثون، نمذجة البيانات الصحية، الذكاء الاصطناعي الطبي (TensorFlow Healthcare، PyTorch Lightning).
- طبية/سريرية: فهم مسارات الرعاية، الملاحظة السريرية المباشرة، وصياغة «عبارات الحاجة».
- تنظيمية/سوقية: أساسيات الـ FDA والـ CE Mark، براءات الاختراع، استراتيجيات السداد والتسعير.
- مهارات ناعمة: العمل ضمن فرق متعددة، التفكير التصميمي (Design Thinking)، التواصل مع الأطباء والمرضى.
- انغماس سريري (Clinical Immersion): تدريب عملي داخل أقسام المستشفيات لرصد المشاكل الحقيقية.
رابعًا: اتجاهات البحث والابتكار
- التشخيصات الجينية CRISPR: نحو اختبارات منزلية سريعة للأمراض المعدية.
- المؤشرات الرقمية: تطوير خوارزميات للأمراض المزمنة والصحة النفسية.
- بدائل التجارب الحيوانية: بفضل FDA Modernization Act 2.0 باتت «الأعضاء على شريحة» مقبولة ضمن ملفات التجارب.
- التعلم الاتحادي: مشاركة بيانات صحية حساسة بين المستشفيات دون خرق الخصوصية.
- الطباعة الحيوية للأعضاء: خطوات عملية نحو زرع أنسجة مطابقة للمريض.
- الذكاء الاصطناعي التوليدي في التصميم: أدوات AI لتسريع نمذجة الأجهزة والتخطيط السريري.
- الطب الشخصي (Personalized Medicine): أطراف وأجهزة مطبوعة ثلاثي الأبعاد مخصّصة لكل مريض.
خامسًا: أبرز البرامج الجامعية والمعاهد
عالميًا
- Stanford Biodesign (الولايات المتحدة): المرجع المؤسس، منهج «Identify-Invent-Implement»، شبكة قوية مع الصناعة والتنظيم.
- Johns Hopkins CBID (الولايات المتحدة): ماجستير مكثف عامًا واحدًا، يركّز على تحويل النماذج الأولية إلى منتجات مبكرة.
- Oxford Biodesign (بريطانيا): تركيز على الصحة الرقمية، شركات ناشئة منبثقة عن EIT Health.
- Imperial College + RCA (بريطانيا): دمج الهندسة بالتصميم الفني لإبداع حلول مبتكرة في الرعاية الصحية.
- ETH Zurich (سويسرا): برنامج CAS في «Swiss Biodesign» يربط الطب والهندسة والبيانات.
- NUS / Duke-NUS (سنغافورة): مدارس صيفية وزمالات في الصحة الدقيقة والتقنيات الطبية.
في الشرق الأوسط
- KAUST (السعودية): مساقات «Biodesign in Digital Health»، تركيز على الصحة الرقمية وريادة الأعمال.
- AUB (لبنان): ماجستير/دكتوراه في الهندسة الطبية مع Minor في التصميم الحيوي.
- جامعة خليفة (الإمارات): مركز ابتكار الهندسة الصحية HEIC، تطوير الروبوتيات الطبية.
- HBKU/QBRI (قطر): أبحاث متقدمة في الطب الدقيق، حاضنة لمشاريع بيوديزاين.
- تركيا – جامعة كوتش: برامج MedTech Innovation وحاضنات للشركات الناشئة.
- مصر – جامعة القاهرة / Zewail City: مراكز ناشئة للبحث في الأجهزة الطبية والمواد الحيوية.
سادسًا: دراسات حالة ملهمة
- iRhythm (Stanford Biodesign): جهاز تشخيص عدم انتظام ضربات القلب، أصبح شركة رائدة.
- Earli (Stanford Biodesign): تطوير تشخيص مبكر للسرطان عبر إشارات بيولوجية اصطناعية.
منظومة ابتكار عالمية
تصميم الأحياء (Biodesign) تخصص أكاديمي ومنظومة ابتكار عالمية تجمع بين العلم والهندسة والطب والبيانات. نجاحه يعتمد على الانطلاق من حاجة سريرية واضحة، ثم توظيف التكنولوجيا والذكاء الاصطناعي والطباعة الحيوية والبيانات لتحقيق أثر ملموس على حياة المرضى.