Le tendenze scientifiche moderne sono uno sforzo ampio e ampio, in cui migliaia di laboratori in tutto il mondo stanno studiando il proprio campo altamente specializzato da un insieme molto più ampio. È una logica intersezione tra patrimonio scientifico e secoli di progressi tecnologici per far progredire la comprensione del mondo che ci circonda.
Un'attenzione particolare deve essere prestata a discipline sempre più specifiche, dal calcolo neurale retinico alla fisica del plasma spaziale. Quali aree scientifiche esistono e quali sono le più rilevanti?
Ingegneria biomedica e biofisica
Può sembrare strano, ma alcuni problemi in medicina possono essere risolti solo con l'aiuto della tecnologia. L'ingegneria biomedica è una disciplina emergente che abbraccia aree diverse come l'ingegneria delle proteine, i sistemi di misurazione e l'imaging ottico ad alta risoluzione di atomi e interi organismi. Questo desiderio diintegrazione delle conoscenze fisiche con le scienze della vita - progressi nella salute umana.
Aree di ricerca attuali
Include aree di ricerca come:
- Biofotonica - sviluppo di metodi per la visualizzazione di cellule e tessuti con fluorescenza. I metodi ottici sono usati per studiare le molecole biologiche.
- Imaging cardiovascolare: sviluppo di metodi per rilevare e quantificare le malattie cardiovascolari.
- Sistemi biologici complessi - sviluppo di nuovi strumenti e modelli matematici per la comprensione di sistemi biologici complessi.
- Assemblaggio macromolecolare. Lo studio delle macromolecole, compreso l'assemblaggio di complessi multicomponenti e macchine molecolari.
- Diagnostica immunochimica - la creazione di nuove tecnologie per l'identificazione di malattie, come gli "studi di laboratorio".
- Imaging ottico non invasivo - Sviluppo di metodi diagnostici in tempo reale per la valutazione e il monitoraggio di tessuti e organi.
I recenti progressi includono lo sviluppo di numerosi strumenti di imaging ottico ad alta risoluzione progettati per esplorare i mondi microscopici e macroscopici di cellule e organismi.
Biologia cellulare
Un' altra area scientifica importante e in costante sviluppo è la biologia cellulare. Tutti gli esseri viventi sono costituiti da unità strutturali e funzionali. Quindi, cellulareLa carenza gioca un ruolo critico in molte malattie, dal cancro causato dalla crescita anormale delle cellule ai disturbi neurodegenerativi che derivano dalla morte del tessuto nervoso. Ci sono sei aree chiave che abbracciano più sistemi biologici:
- Apoptosi. In ogni organismo sano, le cellule muoiono attraverso un processo attentamente regolato di morte cellulare programmata noto come apoptosi. È comune a molti sistemi biologici fondamentali per le neuroscienze, l'immunologia, l'invecchiamento e lo sviluppo e patologie come il cancro, le malattie autoimmuni e degenerative.
- Il ciclo cellulare - Le mini strutture funzionanti continuano a crescere e dividersi in modo attentamente controllato per tutta la vita. Gli eventi molecolari e cellulari che regolano questo ciclo sono fondamentali per molte malattie in cui viene interrotta la normale regolazione della crescita.
- Glicobiologia. I glicani sono una classe di carboidrati biologicamente importante. Le proteine leganti i glicani (lectine) si legano a specifici glicani strutturali e svolgono un ruolo critico nel riconoscimento cellulare, nella motilità e nel ritorno a tessuti specifici, nella segnalazione, nella differenziazione, nell'adesione cellulare, nella patogenesi microbica e nel riconoscimento immunologico.
- Mitocondri. Conosciuti come gli elementi costitutivi della "centrale elettrica", i mitocondri forniscono l'energia che le cellule devono utilizzare per sopravvivere, evitando malattie dal diabete al Parkinson.
- Mobilità - Una cellula nervosa microscopica che ha origine nel cervello ed estende i suoi processi alla base del midollo spinale deve spostare le molecole su grandi distanze rispetto alle sue dimensioni. Gli scienziati utilizzano una varietà di metodi e approcci per studiare come si muovono le cellule, le loro molecole interne e gli organelli.
- Trasporto di proteine. Le proteine sono prodotte nel nucleo e quindi devono essere adeguatamente alloggiate per svolgere i loro ruoli cellulari. Pertanto, il trasporto delle proteine è fondamentale per tutti i sistemi cellulari e la sua disfunzione è associata a malattie che vanno dalla fibrosi cistica al morbo di Alzheimer.
Le basi cellulari della vita
Le basi cellulari della vita possono sembrare ovvie nell'era moderna della biologia, ma fino allo sviluppo dei primi microscopi all'inizio del diciannovesimo secolo, questa poteva essere solo una questione di speculazione. La dimensione di una tipica cellula umana è circa cinque volte più piccola di qualsiasi cosa possiamo vedere ad occhio nudo. Pertanto, il progresso nella nostra comprensione del funzionamento interno delle unità strutturali, inclusa la fisiopatologia cellulare, va di pari passo con i progressi nelle tecnologie di questo campo scientifico, disponibili per l'imaging e lo studio.
Biologia dei cromosomi
Con l'attuale eccitazione nel campo della genomica, è facile dimenticare che i geni sono solo brevi tratti di DNA e parte di strutture molto più grandi chiamate cromosomi. Questi ultimi sono costituiti da filamenti di DNA intricati di cromatina avvolti attorno a proteine chiamate istoni esono ora noti per svolgere un ruolo altrettanto importante nel determinare come gli organismi si sviluppano, funzionano e rimangono in salute.
L'epigenetica, letteralmente "sopra la genetica", è la scienza che studia i cambiamenti ambientali nel genoma al di là di quelli che possono verificarsi a livello del nostro DNA. Queste fluttuazioni nell'attività genica includono modifiche agli elementi che li circondano, come le proteine istoniche, o modifiche agli elementi trascrizionali che controllano l'espressione genica. A differenza dei cambiamenti del DNA, le fluttuazioni epigenetiche sono generalmente specifiche della generazione.
In altre parole, i cambiamenti epigenetici di solito non vengono trasmessi da genitore a figlio. Questa linea di ricerca relativamente nuova ha cambiato la nostra comprensione sia dello sviluppo normale che della malattia e ora sta influenzando il progresso della prossima generazione di trattamenti. Sono allo studio una varietà di aree, tra cui:
- Obesità. I cambiamenti epigenetici nel nostro genoma sono stati a lungo sospettati di svolgere un ruolo in malattie umane complesse come la deposizione di grasso. Una nuova direzione scientifica sta studiando come i fattori ambientali possono influenzare lo sviluppo della malattia.
- Prove cliniche e sviluppo di farmaci. Il ruolo delle terapie epigenetiche per il cancro in vari tumori è in fase di studio, nella speranza che possano colpire e "riprogrammare" cellule anormali piuttosto che uccidere sia i mattoni cancerosi che quelli normali come nella chemioterapia standard.
- Assistenza sanitaria. La dieta e l'esposizione a sostanze chimiche in tutte le fasi dello sviluppo possono causare cambiamenti epigenetici che possono attivare o disattivare determinati geni. Gli scienziati stanno studiando come questi elementi abbiano un impatto negativo sulla popolazione generale.
- Scienze comportamentali. I cambiamenti epigenetici sono associati a molte malattie, inclusa la dipendenza da droghe e alcol. Capire come i fattori ambientali alterano il genoma potrebbe far luce su nuove strade per il trattamento dei disturbi psicologici.
Biologia Quantistica
I fisici sono a conoscenza di tali effetti quantistici da più di cento anni, quando le particelle sfidano i nostri sensi, scomparendo da un posto e riapparendo in un altro, o trovandosi in due posti contemporaneamente. Ma questi effetti non sono attribuiti a esperimenti di laboratorio clandestini. Poiché gli scienziati sospettano sempre più che la meccanica quantistica possa applicarsi anche ai processi biologici.
Forse il miglior esempio è la fotosintesi, un sistema meravigliosamente efficiente in cui le piante (e alcuni batteri) costruiscono le molecole di cui hanno bisogno usando l'energia della luce solare. Si scopre che questo processo può effettivamente basarsi sul fenomeno della "sovrapposizione", in cui piccoli pacchetti di energia esplorano tutti i percorsi possibili per poi stabilirsi su quello più efficiente. È anche possibile che la navigazione aviaria, le mutazioni del DNA (attraverso il tunneling quantistico) e persino il nostro senso dell'olfatto si basino su effetti quantistici.
Sebbene questa sia un'area altamente speculativa e controversa, quelli chei professionisti stanno aspettando il giorno in cui le informazioni ottenute dalla ricerca possono portare a nuovi farmaci e sistemi biomimetici (la biometria è un altro campo emergente della scienza in cui i sistemi e le strutture biologici vengono utilizzati per creare nuovi materiali e macchine).
Scienze sociali e comportamentali
Al di là del livello molecolare e cellulare, capire come i fattori comportamentali e sociali influenzano la malattia e la salute è fondamentale per comprendere, curare e prevenire le malattie. La ricerca in tali scienze è un campo ampio e sfaccettato, che copre un'ampia gamma di discipline e approcci.
Il concetto di un programma di analisi intraprofessionale riunisce le scienze biomediche, comportamentali e sociali per lavorare insieme per risolvere problemi di salute complessi e urgenti. Il focus è sullo sviluppo di aree scientifiche che esplorano i processi comportamentali, i campi biopsicologici e applicati attraverso i seguenti metodi:
- Ricerca sull'impatto di malattie o condizioni fisiche sul comportamento e sul funzionamento sociale.
- Identificazione e comprensione dei fattori comportamentali associati all'insorgenza e al decorso della malattia.
- Studio dei risultati del trattamento.
- Promozione della salute e ricerca sulla prevenzione delle malattie.
- Analisi degli impatti istituzionali e organizzativi sulla salute.
Esometeorologia
Agli exometeorologi piaceesooceanografi ed esogeologi sono interessati a studiare i processi naturali che avvengono su pianeti diversi dalla Terra. Ora che gli astronomi possono dare un'occhiata più da vicino al funzionamento interno degli oggetti vicini, sono sempre più in grado di tracciare i modelli atmosferici e meteorologici. Giove e Saturno, con i loro sistemi potenziali incredibilmente grandi, sono i migliori candidati per lo studio.
Ad esempio, su Marte si verificano regolarmente tempeste di polvere. In questa direzione scientifica e tecnica, gli esometeorologi studiano anche i pianeti al di fuori del nostro sistema solare. E, cosa interessante, potrebbero eventualmente trovare segni di vita extraterrestre su un esopianeta rilevando firme organiche nell'atmosfera o livelli elevati di anidride carbonica - possibili segni di una civiltà dell'era industriale.
Nutrigenomica
Nutrigenomica, nota anche come genomica alimentare, è un campo scientifico prioritario. Questo è uno studio della complessa interazione tra cibo e risposta del DNA. In effetti, il cibo ha un profondo effetto sulla salute umana - e inizia letteralmente a livello molecolare. Gli scienziati che lavorano in questo campo si stanno sforzando di comprendere il ruolo della variazione genetica, della risposta dietetica e dei modi in cui i nutrienti influenzano le nostre strutture.
La nutrigenomica funziona in entrambi i modi: i nostri geni influenzano le nostre preferenze dietetiche e viceversa. L'obiettivo chiave di quest'area di attività scientifica è la creazione di un'alimentazione personalizzata - un confronto di cosacosa mangiamo, con le nostre costituzioni genetiche uniche.
Economia cognitiva
L'economia di solito non riguarda la conoscenza approfondita, ma questo potrebbe cambiare man mano che il campo si integra con le discipline di ricerca tradizionali. Da non confondere con l'economia comportamentale (lo studio del nostro modo di fare le cose - cosa facciamo - nel contesto del processo decisionale economico), l'economia cognitiva riguarda il modo in cui pensiamo. Lee Caldwell, che scrive sul blog della zona, la definisce come segue:
"Economia cognitiva (o finanza)… guarda cosa succede realmente nella mente di una persona quando fa quella scelta. Qual è la struttura interna del processo decisionale, come le informazioni entrano nella coscienza e come vengono elaborate, e poi, in definitiva, come si esprimono tutti questi processi nel nostro comportamento?"
In un altro modo, l'economia cognitiva è la fisica la cui economia comportamentale è l'ingegneria. A tal fine, gli scienziati che lavorano in questo campo iniziano la loro analisi a un livello inferiore e formano i micromodelli alla base del processo decisionale umano per sviluppare un modello di comportamento economico su larga scala. Per aiutarli a fare ciò, gli economisti cognitivi esaminano i campi correlati della disciplina e dell'economia computazionale, nonché le principali linee di ricerca scientifica e tecnologica nella teoria della razionalità e della decisione.
