Las tendencias científicas modernas son un esfuerzo grande y amplio, en el que miles de laboratorios de todo el mundo están estudiando su propio campo altamente especializado desde un todo mucho más grande. Es una intersección lógica de herencia científica y siglos de avances tecnológicos para avanzar en la comprensión del mundo que nos rodea.
Se debe prestar especial atención a disciplinas cada vez más específicas, desde la computación neuronal retinal hasta la física del plasma espacial. ¿Qué áreas científicas existen y cuáles son las más relevantes?
Ingeniería Biomédica y Biofísica
Puede parecer extraño, pero algunos problemas en medicina solo pueden resolverse con la ayuda de la tecnología. La ingeniería biomédica es una disciplina emergente que abarca áreas tan diversas como la ingeniería de proteínas, los sistemas de medición y la obtención de imágenes ópticas de alta resolución de átomos y organismos completos. Este deseo deintegración del conocimiento físico con las ciencias de la vida - progreso en la salud humana.
Áreas de investigación actuales
Incluye áreas de investigación como:
- Biofotónica - desarrollo de métodos para la visualización de células y tejidos con fluorescencia. Los métodos ópticos se utilizan para estudiar moléculas biológicas.
- Imágenes cardiovasculares: desarrollo de métodos para detectar y cuantificar enfermedades cardiovasculares.
- Sistemas biológicos complejos: desarrollo de nuevas herramientas y modelos matemáticos para comprender sistemas biológicos complejos.
- Ensamblaje macromolecular. El estudio de las macromoléculas, incluido el ensamblaje de complejos multicomponentes y máquinas moleculares.
- Diagnóstico inmunoquímico: la creación de nuevas tecnologías para la identificación de enfermedades, como "estudios de laboratorio".
- Imágenes ópticas no invasivas: desarrollo de métodos de diagnóstico en tiempo real para evaluar y controlar tejidos y órganos.
Los avances recientes incluyen el desarrollo de varias herramientas de imágenes ópticas de alta resolución diseñadas para explorar los mundos microscópicos y macroscópicos de las células y los organismos.
Biología Celular
Otra área científica importante y en constante desarrollo es la biología celular. Todos los seres vivos están hechos de unidades estructurales y funcionales. Así, celularLa deficiencia juega un papel fundamental en muchas enfermedades, desde el cáncer causado por un crecimiento celular anormal hasta los trastornos neurodegenerativos que resultan de la muerte del tejido nervioso. Hay seis áreas clave que abarcan múltiples sistemas biológicos:
- Apoptosis. En todo organismo sano, las células mueren a través de un proceso cuidadosamente regulado de muerte celular programada conocido como apoptosis. Es común a muchos sistemas biológicos que son fundamentales para la neurociencia, la inmunología, el envejecimiento y el desarrollo, y patologías como el cáncer, enfermedades autoinmunes y degenerativas.
- El ciclo celular: las miniestructuras en funcionamiento continúan creciendo y dividiéndose de manera cuidadosamente controlada a lo largo de nuestras vidas. Los eventos moleculares y celulares que regulan este ciclo son fundamentales para muchas enfermedades en las que se interrumpe la regulación normal del crecimiento.
- Glicobiología. Los glicanos son una clase biológicamente importante de carbohidratos. Las proteínas de unión a glicanos (lectinas) se unen a glicanos estructurales específicos y desempeñan un papel fundamental en el reconocimiento celular, la motilidad y el retorno a tejidos específicos, la señalización, la diferenciación, la adhesión celular, la patogénesis microbiana y el reconocimiento inmunológico.
- Mitocondrias. Conocidas como los bloques de construcción de la "central eléctrica", las mitocondrias proporcionan la energía que las células deben usar para sobrevivir, evitando enfermedades desde la diabetes hasta el Parkinson.
- Movilidad: una célula nerviosa microscópica que se origina en el cerebro y extiende sus procesos hasta la base de la médula espinal debe mover moléculas a lo largo de grandes distancias en comparación con su tamaño. Los científicos utilizan una variedad de métodos y enfoques para estudiar cómo se mueven las células y sus moléculas y orgánulos internos.
- Transporte de proteínas. Las proteínas se fabrican en el núcleo y luego deben alojarse adecuadamente para cumplir con sus funciones celulares. Por lo tanto, el transporte de proteínas es fundamental para todos los sistemas celulares y su disfunción se asocia con enfermedades que van desde la fibrosis quística hasta la enfermedad de Alzheimer.
La base celular de la vida
La base celular de la vida puede parecer obvia en la era moderna de la biología, pero hasta el desarrollo de los primeros microscopios a principios del siglo XIX, esto solo podía ser una cuestión de especulación. El tamaño de una célula humana típica es unas cinco veces más pequeña que cualquier cosa que podamos ver a simple vista. Por lo tanto, el progreso en nuestra comprensión del funcionamiento interno de las unidades estructurales, incluida la fisiopatología celular, va de la mano con los avances en las tecnologías de este campo científico, disponibles para obtener imágenes y estudiarlas.
Biología de los cromosomas
Con el entusiasmo actual en torno al campo de la genómica, es fácil olvidar que los genes son solo tramos cortos de ADN y parte de estructuras mucho más grandes llamadas cromosomas. Estos últimos están formados por hebras de ADN intrincadas de cromatina envueltas alrededor de proteínas llamadas histonas, yAhora se sabe que juegan un papel igualmente importante en la determinación de cómo los organismos se desarrollan, funcionan y se mantienen saludables.
La epigenética, literalmente "por encima de la genética", es la ciencia que estudia los cambios ambientales en el genoma más allá de los que pueden ocurrir a nivel de nuestro ADN. Estas fluctuaciones en la actividad de los genes incluyen modificaciones en los elementos que los rodean, como las proteínas histonas, o modificaciones en los elementos transcripcionales que controlan la expresión génica. A diferencia de los cambios en el ADN, las fluctuaciones epigenéticas suelen ser específicas de una generación.
En otras palabras, los cambios epigenéticos generalmente no se transmiten de padres a hijos. Esta línea de investigación relativamente nueva ha cambiado nuestra comprensión tanto del desarrollo normal como de la enfermedad, y ahora influye en el progreso de la próxima generación de tratamientos. Se están estudiando una variedad de áreas, que incluyen:
- Obesidad. Durante mucho tiempo se ha sospechado que los cambios epigenéticos en nuestro genoma desempeñan un papel en enfermedades humanas complejas, como la acumulación de grasa. Una nueva dirección científica está investigando cómo los factores ambientales pueden influir en el desarrollo de la enfermedad.
- Ensayos clínicos y desarrollo de fármacos. Se está explorando el papel de las terapias epigenéticas contra el cáncer en varios tumores, con la esperanza de que puedan apuntar y "reprogramar" las células anormales en lugar de eliminar tanto los componentes básicos cancerosos como los normales como en la quimioterapia estándar.
- Cuidado de la salud. La dieta y la exposición a sustancias químicas en todas las etapas del desarrollo pueden causar cambios epigenéticos que pueden activar o desactivar ciertos genes. Los científicos están investigando cómo estos elementos afectan negativamente a la población en general.
- Ciencias del comportamiento. Los cambios epigenéticos están asociados con muchas enfermedades, incluida la adicción a las drogas y al alcohol. Comprender cómo los factores ambientales alteran el genoma podría arrojar luz sobre nuevas vías para tratar los trastornos psicológicos.
Biología Cuántica
Los físicos conocen estos efectos cuánticos desde hace más de cien años, cuando las partículas desafían nuestros sentidos, desaparecen de un lugar y reaparecen en otro, o están en dos lugares al mismo tiempo. Pero estos efectos no se atribuyen a experimentos de laboratorio clandestinos. A medida que los científicos sospechan cada vez más que la mecánica cuántica también puede aplicarse a los procesos biológicos.
Quizás el mejor ejemplo es la fotosíntesis, un sistema maravillosamente eficiente donde las plantas (y algunas bacterias) construyen las moléculas que necesitan utilizando la energía de la luz solar. Resulta que este proceso en realidad puede basarse en el fenómeno de la "superposición", donde pequeños paquetes de energía exploran todos los caminos posibles y luego se deciden por el más eficiente. También es posible que la navegación aviar, las mutaciones del ADN (a través de túneles cuánticos) e incluso nuestro sentido del olfato se basen en efectos cuánticos.
Aunque esta es un área altamente especulativa y controvertida, aquellos quelos profesionales esperan el día en que la información obtenida de la investigación pueda conducir a nuevos fármacos y sistemas biomiméticos (la biometría es otro campo científico emergente en el que se utilizan estructuras y sistemas biológicos para crear nuevos materiales y máquinas).
Ciencias sociales y del comportamiento
Más allá del nivel molecular y celular, comprender cómo los factores sociales y de comportamiento influyen en la enfermedad y la salud es vital para comprender, tratar y prevenir la enfermedad. La investigación en tales ciencias es un gran campo multifacético que cubre una amplia gama de disciplinas y enfoques.
El concepto de un programa de análisis intraprofesional reúne las ciencias biomédicas, sociales y del comportamiento para trabajar juntas para resolver problemas de salud complejos y urgentes. El foco está en el desarrollo de áreas científicas que exploren procesos conductuales, campos biopsicológicos y aplicados a través de los siguientes métodos:
- Investigación sobre el impacto de la enfermedad o la condición física en el comportamiento y el funcionamiento social.
- Identificación y comprensión de los factores de comportamiento asociados con el inicio y el curso de la enfermedad.
- Estudio de los resultados del tratamiento.
- Investigación sobre promoción de la salud y prevención de enfermedades.
- Análisis de los impactos institucionales y organizacionales en la salud.
Exometeorología
A los exometeorólogos les gustaLos exooceanógrafos y exogeólogos están interesados en estudiar los procesos naturales que ocurren en planetas distintos a la Tierra. Ahora que los astrónomos pueden observar más de cerca el funcionamiento interno de los objetos cercanos, son cada vez más capaces de rastrear patrones atmosféricos y meteorológicos. Júpiter y Saturno, con sus sistemas potenciales increíblemente grandes, son los principales candidatos para el estudio.
Por ejemplo, las tormentas de polvo ocurren regularmente en Marte. En esta dirección científica y técnica, los exometeorólogos estudian incluso planetas fuera de nuestro sistema solar. Y, curiosamente, eventualmente pueden encontrar signos de vida extraterrestre en un exoplaneta mediante la detección de firmas orgánicas en las atmósferas o niveles elevados de dióxido de carbono, posibles signos de una civilización de la era industrial.
Nutrigenómica
La nutrigenómica, también conocida como genómica de los alimentos, es un campo científico prioritario. Este es un estudio de la compleja interacción entre los alimentos y la respuesta del ADN. De hecho, la comida tiene un efecto profundo en la salud humana, y comienza literalmente a nivel molecular. Los científicos que trabajan en este campo se esfuerzan por comprender el papel de la variación genética, la respuesta dietética y las formas en que los nutrientes afectan nuestras estructuras.
La nutrigenómica funciona en ambos sentidos: nuestros genes influyen en nuestras preferencias dietéticas y viceversa. El objetivo clave de esta área de actividad científica es la creación de una nutrición personalizada: una comparación de lo quelo que comemos, con nuestras propias constituciones genéticas únicas.
Economía cognitiva
La economía generalmente no se trata de un conocimiento profundo, pero esto puede cambiar a medida que el campo se integra con las disciplinas de investigación tradicionales. No debe confundirse con la economía del comportamiento (el estudio de nuestra forma de hacer las cosas, lo que hacemos, en el contexto de la toma de decisiones económicas), la economía cognitiva se trata de cómo pensamos. Lee Caldwell, que escribe en su blog sobre la zona, la define de la siguiente manera:
"La economía cognitiva (o finanzas)… analiza lo que realmente sucede en la mente de una persona cuando toma esa decisión. ¿Cuál es la estructura interna de la toma de decisiones, cómo la información entra en la conciencia y cómo se procesa, y luego, en última instancia, ¿cómo se expresan todos estos procesos en nuestro comportamiento?"
En otro sentido, la economía cognitiva es física cuya economía conductual es ingeniería. Con este fin, los científicos que trabajan en este campo comienzan su análisis en un nivel inferior y forman los micropatrones subyacentes de la toma de decisiones humanas para desarrollar un modelo de comportamiento económico a gran escala. Para ayudarlos a hacer esto, los economistas cognitivos analizan los campos relacionados de la disciplina y la economía computacional, así como las principales líneas de investigación científica y tecnológica en racionalidad y teoría de la decisión.
