biofísica i física mèdica: què podem fer ara? perspectives · 2013. 2. 14. · biofísica i...
TRANSCRIPT
![Page 1: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/1.jpg)
XXV ANYS DE TROBADES CIENTÍFIQUES DE LA MEDITERRÀNIA:XXV ANYS DE FÍSICA ALS PAÏSOS CATALANSXXV ANYS DE FÍSICA ALS PAÏSOS CATALANS
MAÓ, 3 i 4 D’OCTUBRE DE 2009
Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? PerspectivesPerspectivesPerspectivesPerspectives
Daniel NavajasUnitat de Biofísica i Bioenginyeria
Facultat de MedicinaFacultat de Medicina
![Page 2: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/2.jpg)
Medical PhysicsyBiophysics
Biomedical EngineeringBioengineeringBioengineering
Physics Biology
Engineering Medicine
BiotechnologyBiotechnologyNanobiotechnology
Computational BiologyS t Bi lSystems Biology
![Page 3: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/3.jpg)
Radiotherapy
X-Ray Therapy 1925
Radium Therapy
A. H. Becquerel, P. Curie and M. CurieA Nobel Prize in Physics - 1903A. Nobel Prize in Physics - 1903
Linear accelerator
![Page 4: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/4.jpg)
1940
X-ray Imaging1940
Shoe-Fitting Fluoroscope1930 - 1950
Wilhelm Röntgen's first "medical" X-ray, of his wife's hand, 1895 1930 1950y, ,
Nobel Prize in Physics -1901
![Page 5: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/5.jpg)
Computed Tomography
The prototype CT scannerG N Hounsfield – 1968G. N. Hounsfield – 1968
A. M. Cormack and G. N. Hounsfield Nobel Prize in Physiology or Medicine 1979
Circulation Pulmonary Embolus Detection
![Page 6: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/6.jpg)
Nuclear Medicine Imaging
L PET / CT f i i
Positron Emission Tomography - PET
Lung PET / CT fusion image
![Page 7: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/7.jpg)
Magnetic Resonance Imaging F Bl h d E M P l
P Lauterbur and P Mansfield
F. Bloch and E. M. PurcelNobel Prize in Physics 1952
P. Lauterbur and P. MansfieldNobel Prize in Physiology or Medicine 2003
First whole body human MR image - 1977
![Page 8: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/8.jpg)
Molecular Imaging CTSPECT/RM CTSPECT/RM
PET (18F)
PET (18F)/CT
a)123I-IBZM (dopamine D2 receptor )b) 123I-ADAM (serotonin transporters )b) 123I ADAM (serotonin transporters )c) 123I-R91150 (serotonin receptor 5HT2A)
![Page 9: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/9.jpg)
Ultrasound Imaging
Doppler carotid artery
Valves of heart ultrasound
![Page 10: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/10.jpg)
Optical Microscopy
Santiago Ramón y CajalNobel Prize in Physiology or Medicine 1906
![Page 11: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/11.jpg)
Electron Microscopy
Electron microscope E. Ruska - 1933
![Page 12: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/12.jpg)
Fluorescence microscopy
![Page 13: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/13.jpg)
Advanced microscopy techniques in vivo
Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS)
Fluorescence Resonance Energy Transfer - FRET
Fluorescence Recovery After Photobleaching - FRAP
Total Internal Reflection Microscopy - TIRF
![Page 14: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/14.jpg)
Multiphoton Microscopy
Nature Biotechnology, 2003
Nature Methods, 2005
![Page 15: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/15.jpg)
Near-field Scanning Optical Microscopy (SNOM)
de Lange et al. J Cell Sci 114:4153, 2001
![Page 16: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/16.jpg)
X-ray Crystallography
Francis Crick - 1955
Crystallographic photo of Sodium Thymonucleate TypeSodium Thymonucleate, Type
B. "Photo 51." May 1952.
Nature 1953
James Watson - 1955Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962
![Page 17: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/17.jpg)
X-ray Crystallography
3D structure of myoglobin
![Page 18: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/18.jpg)
Medical Devices – Mechanical ventilators
Iron Lung 1937 Bird MARK7 1955Iron Lung 1937
Drager E52 Iron Lung 1952
![Page 19: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/19.jpg)
Medical Devices – Pacemaker
The first implantable pacemaker.Karolinska University Hospitaly p
![Page 20: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/20.jpg)
Medical Devices – Artificial Heart
First successful permanent artificial heart - 1982
Self-contained replacement heart - 2001
Jarvik Total Heart - 1986
![Page 21: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/21.jpg)
Microelectronics & Microcomputers
obstetric scanner - 1962
IBM PC - 1981
EEG recorder - 1960
![Page 22: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/22.jpg)
Wireless capsule endoscopy
Capsule
Wireless link
Capsule
Wireless link
Recorder andantennae
Wired linkWired link
Workstation
Nature 2000
![Page 23: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/23.jpg)
Robotic Surgery
![Page 24: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/24.jpg)
Biomaterials
![Page 25: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/25.jpg)
European Medical Technology IndustryEuropean Medical Technology Industry
T t l l f 63000 M€ i 2006 Total sales of 63000 M€ in 2006
1/3 f l b l di l t h l k t (187000 M€) 1/3 of global medical technology market (187000 M€)
Second largest market behind the US Second largest market behind the US
Employed 435 000 people across Europe Employed 435,000 people across Europe
11 000 Companies 80% of them SMEs 11,000 Companies, 80% of them SMEs
Source: EUCOMED - 2009
![Page 26: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/26.jpg)
Richard P. Feynman
Nobel Laureate in Physics, 1965
Th ’ Pl t f R t th B ttThere’s Plenty of Room at the BottomAn Invitation to Enter a New Field of Physics
Annual Meeting of the American Physical Society - 1959California Institute of Technology
![Page 27: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/27.jpg)
Atomic Force Microscopy
PHOTODETECTORLASER
The first prototype AFM - 1985LENS
PIEZOACTUATOR
G. Binnig, C. Gerber and C. QuateNobel Prize in Physics - 1986Nobel Prize in Physics - 1986
![Page 28: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/28.jpg)
Molecular and Cellular Imaging with AFM
A459 alveolar epithelial cellp
IgG antibody molecules
250x250 nm
![Page 29: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/29.jpg)
Molecular and Cellular Nanomanipulation with AFM
F
V h d
laser spot
V-shapedcantilever
tipA549 cell
20 μm
![Page 30: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/30.jpg)
Resolving indiviual atoms by Atomic Force Microscopy
AFM imaging of pentacene on Cu(111)
Gross et al. Science, 2009
AFM imaging of pentacene on Cu(111)
![Page 31: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/31.jpg)
Optical Tweezers
RNA polymerase (RNAP) moves along DNA while carrying out t i ti ti l l t
Wang et al. Science 282: 902 (1998)
transcription, acting as a molecular motor.
![Page 32: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/32.jpg)
Magnetic Tweezers
Trepat et al. Nature 447:592-595, 2007
![Page 33: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/33.jpg)
Mechanical properties of the cell play a key role in many critical cellular functionscritical cellular functions
Trepat et al. Nature Physics, 2009
Cells feel and respond to mechanical signalsRoca-Cusachs et al. Biophys J, 2008
![Page 34: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/34.jpg)
http://cordis.europa.eu/nanotechnology/nanomedicine.htm
![Page 35: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/35.jpg)
Label-Free Protein Recognition Two-Dimensional Array Using Nanomechanical Sensorsg
Yue et al Nano Lett 8:520, 2008
![Page 36: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/36.jpg)
Lab-on-a-chip
El-Ali et al Nature 2006
![Page 37: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/37.jpg)
Carbon Nanotubes Detect Lung Cancer Markers in the Breath
Toward Diagnosis of Diseases via Breath Samples
Peng et al. Nano Lett 8:3631, 2008
![Page 38: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/38.jpg)
Quantum dotsQuantum dots
C. Seydel Science 2003
![Page 39: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/39.jpg)
Magnetic nanoparticlesMagnetic nanoparticles for ultra-sensitive molecular imagingmolecular imaging
Lee et al. Nature Nanotechnology, 2007
![Page 40: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/40.jpg)
Nanoparticle PET-CT Imaging of Macrophages in Inflammatory AtherosclerosisInflammatory Atherosclerosis
Nahrendorf et al. Circulation, 2008
![Page 41: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/41.jpg)
Multifunctional Nanoparticle Images and Treats Cancer, Reports on Drug Delivery , p g y
PMSA+
PMSAPMSA-
quantum dot (QD) - aptamer (Apt) - doxorubicine (Dox) conjugate
Bagalkot et al. Nano Lett, 2007
![Page 42: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/42.jpg)
Remote control of living cellsNanomagnetic actuation of receptor-mediated signal transductiong p g
Mannix et al Nature Nanotechnology, 2008
![Page 43: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/43.jpg)
Nanoestructured materials for nerve regeneration
Neurons penetrating into a three-dimensional network of the selfnetwork of the self-
assembling nanofibers.
Nature Biotechnology 21: 1137-1143, 2003
![Page 44: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/44.jpg)
Systems Biology
Goh K et al. PNAS, 2007
![Page 45: Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives · 2013. 2. 14. · Biofísica i Física Mèdica: què podem fer ara? Perspectives Daniel Navajas Unitat de Biofísica](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071601/613d404f984e1626b6577834/html5/thumbnails/45.jpg)
Physics Biology
Engineering Medicine
There’s Plenty of Room at BioMed