As tendências científicas modernas são um esforço grande e amplo, no qual milhares de laboratórios em todo o mundo estão estudando seu próprio campo altamente especializado a partir de um todo muito maior. É uma interseção lógica da herança científica e séculos de avanços tecnológicos para avançar na compreensão do mundo ao nosso redor.
Especial atenção deve ser dada a disciplinas cada vez mais específicas, da computação neural da retina à física do plasma espacial. Que áreas científicas existem e quais são as mais relevantes?
Engenharia Biomédica e Biofísica
Pode parecer estranho, mas alguns problemas da medicina só podem ser resolvidos com a ajuda da tecnologia. A engenharia biomédica é uma disciplina emergente que abrange áreas tão diversas como engenharia de proteínas, sistemas de medição e imagens ópticas de alta resolução de átomos e organismos inteiros. Esse desejo deintegração do conhecimento físico com as ciências da vida - progresso na saúde humana.
Áreas de pesquisa atuais
Inclui áreas de pesquisa como:
- Biofotônica - desenvolvimento de métodos para visualização de células e tecidos com fluorescência. Métodos ópticos são usados para estudar moléculas biológicas.
- Imagem cardiovascular - desenvolvimento de métodos para detecção e quantificação de doenças cardiovasculares.
- Sistemas biológicos complexos - desenvolvimento de novas ferramentas e modelos matemáticos para a compreensão de sistemas biológicos complexos.
- Montagem macromolecular. O estudo de macromoléculas, incluindo a montagem de complexos multicomponentes e máquinas moleculares.
- Diagnóstico imunoquímico - a criação de novas tecnologias para a identificação de doenças, como "estudos laboratoriais".
- Imagem Óptica Não Invasiva - Desenvolvimento de métodos diagnósticos em tempo real para avaliação e monitoramento de tecidos e órgãos.
Os avanços recentes incluem o desenvolvimento de várias ferramentas de imagem óptica de alta resolução projetadas para explorar os mundos microscópicos e macroscópicos de células e organismos.
Biologia Celular
Outra área científica importante e em constante desenvolvimento é a biologia celular. Todos os seres vivos são feitos de unidades estruturais e funcionais. Assim, celularesA deficiência desempenha um papel crítico em muitas doenças, desde o câncer causado pelo crescimento anormal de células até distúrbios neurodegenerativos que resultam da morte do tecido nervoso. Existem seis áreas-chave abrangendo vários sistemas biológicos:
- Apoptose. Em todo organismo saudável, as células morrem através de um processo cuidadosamente regulado de morte celular programada, conhecido como apoptose. É comum a muitos sistemas biológicos que são fundamentais para a neurociência, imunologia, envelhecimento e desenvolvimento e patologias como câncer, doenças autoimunes e degenerativas.
- O Ciclo Celular - As mini-estruturas funcionais continuam a crescer e a dividir-se de uma forma cuidadosamente controlada ao longo das nossas vidas. Os eventos moleculares e celulares que regulam esse ciclo são críticos para muitas doenças nas quais a regulação normal do crescimento é interrompida.
- Glicobiologia. Os glicanos são uma classe biologicamente importante de carboidratos. As proteínas de ligação ao glicano (lectinas) ligam-se a glicanos estruturais específicos e desempenham um papel crítico no reconhecimento celular, motilidade e retorno a tecidos específicos, sinalização, diferenciação, adesão celular, patogênese microbiana e reconhecimento imunológico.
- Mitocôndria. Conhecidas como os blocos de construção da "casa de força", as mitocôndrias fornecem a energia que as células precisam usar para sobreviver, evitando doenças como diabetes e Parkinson.
- Mobilidade - Uma célula nervosa microscópica que se origina no cérebro e estende seus processos até a base da medula espinhal deve mover moléculas por grandes distâncias em comparação com seu tamanho. Os cientistas usam uma variedade de métodos e abordagens para estudar como as células e suas moléculas e organelas internas se movem.
- Transporte de proteínas. As proteínas são feitas no núcleo e, em seguida, devem ser alojadas adequadamente para cumprir suas funções celulares. Assim, o transporte de proteínas é central para todos os sistemas celulares, e sua disfunção está associada a doenças que vão desde a fibrose cística até a doença de Alzheimer.
A base celular da vida
A base celular da vida pode parecer óbvia na era moderna da biologia, mas até o desenvolvimento dos primeiros microscópios no início do século XIX, isso só poderia ser uma questão de especulação. O tamanho de uma célula humana típica é cerca de cinco vezes menor do que qualquer coisa que possamos ver a olho nu. Portanto, o progresso em nossa compreensão do funcionamento interno das unidades estruturais, incluindo a fisiopatologia celular, anda de mãos dadas com os avanços nas tecnologias desse campo científico, disponíveis para imagiologia e estudo.
Biologia dos cromossomos
Com o entusiasmo atual em torno do campo da genômica, é fácil esquecer que os genes são apenas pequenos trechos de DNA e parte de estruturas muito maiores chamadas cromossomos. Estes últimos são constituídos por filamentos de DNA intrincados de cromatina envolvidos em proteínas chamadas histonas, eagora são conhecidos por desempenhar um papel igualmente importante na determinação de como os organismos se desenvolvem, funcionam e permanecem saudáveis.
Epigenética, literalmente "acima da genética", é a ciência que estuda as mudanças ambientais no genoma além daquelas que podem ocorrer no nível do nosso DNA. Essas flutuações na atividade gênica incluem modificações nos elementos que os cercam, como proteínas histonas, ou modificações nos elementos transcricionais que controlam a expressão gênica. Ao contrário das mudanças no DNA, as flutuações epigenéticas geralmente são específicas da geração.
Em outras palavras, as mudanças epigenéticas geralmente não são passadas de pai para filho. Essa linha de pesquisa relativamente nova mudou nossa compreensão tanto do desenvolvimento normal quanto da doença, e agora está influenciando o progresso da próxima geração de tratamentos. Uma variedade de áreas está sendo estudada, incluindo:
- Obesidade. Há muito se suspeita que mudanças epigenéticas em nosso genoma desempenham um papel em doenças humanas complexas, como a deposição de gordura. Uma nova direção científica está investigando como os fatores ambientais podem influenciar o desenvolvimento da doença.
- Ensaios clínicos e desenvolvimento de medicamentos. O papel das terapias epigenéticas contra o câncer em vários tumores está sendo explorado, na esperança de que possam atingir e "reprogramar" células anormais, em vez de matar os blocos de construção cancerosos e normais, como na quimioterapia padrão.
- Cuidados com a saúde. A dieta e a exposição a produtos químicos em todos os estágios de desenvolvimento podem causar alterações epigenéticas que podem ativar ou desativar certos genes. Os cientistas estão investigando como esses elementos impactam negativamente a população em geral.
- Ciência do comportamento. Alterações epigenéticas estão associadas a muitas doenças, incluindo dependência de drogas e álcool. Compreender como os fatores ambientais alteram o genoma pode lançar luz sobre novos caminhos para o tratamento de distúrbios psicológicos.
Biologia Quântica
Os físicos conhecem esses efeitos quânticos há mais de cem anos, quando partículas desafiam nossos sentidos, desaparecendo de um lugar e reaparecendo em outro, ou estando em dois lugares ao mesmo tempo. Mas esses efeitos não são atribuídos a experimentos clandestinos de laboratório. À medida que os cientistas suspeitam cada vez mais que a mecânica quântica também pode se aplicar a processos biológicos.
Talvez o melhor exemplo seja a fotossíntese, um sistema maravilhosamente eficiente onde as plantas (e algumas bactérias) constroem as moléculas de que precisam usando a energia da luz solar. Acontece que esse processo pode realmente contar com o fenômeno da "superposição", onde pequenos pacotes de energia exploram todos os caminhos possíveis e depois se acomodam no mais eficiente. Também é possível que a navegação aviária, mutações de DNA (via tunelamento quântico) e até mesmo nosso olfato dependam de efeitos quânticos.
Embora esta seja uma área altamente especulativa e controversa, aqueles queos praticantes estão esperando o dia em que as informações obtidas com a pesquisa possam levar a novos medicamentos e sistemas biomiméticos (a biometria é outro campo emergente da ciência em que sistemas e estruturas biológicas são usados para criar novos materiais e máquinas).
Ciências Sociais e Comportamentais
Além do nível molecular e celular, entender como os fatores comportamentais e sociais influenciam as doenças e a saúde é vital para entender, tratar e prevenir doenças. A pesquisa em tais ciências é um grande campo multifacetado, cobrindo uma ampla gama de disciplinas e abordagens.
O conceito de programa de análise intraprofissional reúne as ciências biomédicas, comportamentais e sociais para trabalharem juntas na solução de problemas de saúde complexos e urgentes. O foco está no desenvolvimento de áreas científicas que explorem processos comportamentais, biopsicológicos e campos aplicados através dos seguintes métodos:
- Pesquisa sobre o impacto da doença ou condição física no comportamento e funcionamento social.
- Identificação e compreensão dos fatores comportamentais associados ao início e curso da doença.
- Estudo dos resultados do tratamento.
- Pesquisa de promoção da saúde e prevenção de doenças.
- Análise dos impactos institucionais e organizacionais na saúde.
Exometeorologia
Exometeorologistas gostamexo-oceanógrafos e exogeólogos estão interessados em estudar os processos naturais que ocorrem em outros planetas além da Terra. Agora que os astrônomos podem examinar mais de perto o funcionamento interno de objetos próximos, eles são cada vez mais capazes de rastrear padrões atmosféricos e climáticos. Júpiter e Saturno, com seus sistemas de potencial incrivelmente grandes, são os principais candidatos para estudo.
Por exemplo, tempestades de poeira ocorrem regularmente em Marte. Nesta direção científica e técnica, os exometeorologistas estudam até planetas fora do nosso sistema solar. E, curiosamente, eles podem eventualmente encontrar sinais de vida extraterrestre em um exoplaneta detectando assinaturas orgânicas nas atmosferas ou níveis elevados de dióxido de carbono - possíveis sinais de uma civilização da era industrial.
Nutrigenômica
Nutrigenômica, também conhecida como genômica de alimentos, é um campo prioritário da ciência. Este é um estudo da interação complexa entre o alimento e a resposta do DNA. De fato, os alimentos têm um efeito profundo na saúde humana - e começa literalmente no nível molecular. Os cientistas que trabalham neste campo estão se esforçando para entender o papel da variação genética, da resposta dietética e das maneiras pelas quais os nutrientes afetam nossas estruturas.
Nutrigenômica funciona nos dois sentidos - nossos genes influenciam nossas preferências alimentares e vice-versa. O principal objetivo desta área de atividade científica é a criação de nutrição personalizada - uma comparação do queo que comemos, com nossas próprias constituições genéticas únicas.
Economia Cognitiva
Economia geralmente não é sobre conhecimento profundo, mas isso pode mudar à medida que o campo se integra às disciplinas de pesquisa tradicionais. Não deve ser confundida com a economia comportamental (o estudo de nossa maneira de fazer as coisas - o que fazemos - no contexto da tomada de decisões econômicas), a economia cognitiva é sobre como pensamos. Lee Caldwell, que escreve sobre a área, a define da seguinte forma:
"Economia cognitiva (ou finanças) … olha para o que realmente se passa na mente de uma pessoa quando ela faz essa escolha. Qual é a estrutura interna da tomada de decisão, como a informação entra na consciência e como ela é processada, e então, afinal, como todos esses processos são expressos em nosso comportamento?"
De outra forma, a economia cognitiva é a física cuja economia comportamental é a engenharia. Para este fim, os cientistas que trabalham neste campo iniciam suas análises em um nível inferior e formam os micropadrões subjacentes da tomada de decisão humana para desenvolver um modelo de comportamento econômico em larga escala. Para ajudá-los a fazer isso, os economistas cognitivos examinam os campos relacionados da disciplina e da economia computacional, bem como as principais linhas de pesquisa científica e tecnológica em racionalidade e teoria da decisão.
