Tendințele științifice moderne sunt un efort amplu și larg, în care mii de laboratoare din întreaga lume își studiază propriul domeniu în alt specializat dintr-un întreg mult mai larg. Este o intersecție logică a moștenirii științifice și a secolelor de progrese tehnologice pentru a avansa înțelegerea lumii din jurul nostru.
O atenție deosebită trebuie acordată disciplinelor din ce în ce mai specifice, de la calculul neuronal retinian la fizica plasmei spațiale. Ce domenii științifice există și care sunt cele mai relevante?
Inginerie biomedicală și biofizică
Poate părea ciudat, dar unele probleme din medicină pot fi rezolvate doar cu ajutorul tehnologiei. Ingineria biomedicală este o disciplină în curs de dezvoltare care acoperă domenii la fel de diverse precum ingineria proteinelor, sistemele de măsurare și imagistica optică de în altă rezoluție a atomilor și a organismelor întregi. Această dorință deintegrarea cunoștințelor fizice cu științele vieții - progres în sănătatea umană.
Domenii de cercetare actuale
Include domenii de cercetare, cum ar fi:
- Biofotonica - dezvoltarea metodelor de vizualizare a celulelor si tesuturilor cu fluorescenta. Metodele optice sunt folosite pentru a studia moleculele biologice.
- Imagistica cardiovasculară - dezvoltarea de metode pentru detectarea și cuantificarea bolilor cardiovasculare.
- Sisteme biologice complexe - dezvoltarea de noi instrumente și modele matematice pentru înțelegerea sistemelor biologice complexe.
- Asamblare macromoleculară. Studiul macromoleculelor, inclusiv asamblarea complexelor multicomponente și a mașinilor moleculare.
- Diagnosticare imunochimică - crearea de noi tehnologii pentru identificarea bolilor, cum ar fi „studii de laborator”.
- Imagini optice non-invazive - Dezvoltarea de metode de diagnosticare în timp real pentru evaluarea și monitorizarea țesuturilor și organelor.
Progresele recente includ dezvoltarea mai multor instrumente de imagistică optică de în altă rezoluție concepute pentru a explora lumile microscopice și macroscopice ale celulelor și organismelor.
Biologie celulară
Un alt domeniu științific important și în continuă dezvoltare este biologia celulară. Toate ființele vii sunt formate din unități structurale și funcționale. Astfel, celularDeficiența joacă un rol critic în multe boli, de la cancerul cauzat de creșterea anormală a celulelor până la tulburările neurodegenerative care rezultă din moartea țesutului nervos. Există șase domenii cheie care acoperă mai multe sisteme biologice:
- Apoptoză. În fiecare organism sănătos, celulele mor printr-un proces atent reglat de moarte celulară programată, cunoscut sub numele de apoptoză. Este comun pentru multe sisteme biologice care sunt fundamentale pentru neuroștiință, imunologie, îmbătrânire și dezvoltare și patologii precum cancerul, bolile autoimune și degenerative.
- The Cell Cycle - Mini-structurile funcționale continuă să crească și să se dividă într-un mod atent controlat de-a lungul vieții noastre. Evenimentele moleculare și celulare care reglează acest ciclu sunt esențiale pentru multe boli în care reglarea normală a creșterii este perturbată.
- Glicobiologie. Glicanii sunt o clasă de carbohidrați importantă din punct de vedere biologic. Proteinele de legare a glicanilor (lectine) se leagă de glicani structurali specifici și joacă un rol critic în recunoașterea celulelor, motilitatea și întoarcerea la anumite țesuturi, semnalizare, diferențiere, aderență celulară, patogeneza microbiană și recunoaștere imunologică.
- Mitocondrii. Cunoscute sub denumirea de blocurile de construcție a „casa puterii”, mitocondriile furnizează energia pe care celulele trebuie să le folosească pentru a supraviețui, evitând bolile de la diabet la boala Parkinson.
- Mobilitate - O celulă nervoasă microscopică care își are originea în creier și își extinde procesele până la baza măduvei spinării trebuie să miște moleculele pe distanțe mari în comparație cu dimensiunea sa. Oamenii de știință folosesc o varietate de metode și abordări pentru a studia modul în care celulele și moleculele și organelele lor interne se mișcă.
- Transportul proteinelor. Proteinele sunt fabricate în nucleu și apoi trebuie să fie adăpostite corespunzător pentru a-și îndeplini rolurile celulare. Astfel, transportul proteinelor este esențial pentru toate sistemele celulare, iar disfuncția sa este asociată cu boli, de la fibroza chistică până la boala Alzheimer.
Baza celulară a vieții
Baza celulară a vieții poate părea evidentă în epoca modernă a biologiei, dar până la dezvoltarea primelor microscoape la începutul secolului al XIX-lea, aceasta ar putea fi doar o chestiune de speculație. Dimensiunea unei celule umane tipice este de aproximativ cinci ori mai mică decât orice putem vedea cu ochiul liber. Prin urmare, progresul în înțelegerea noastră a funcționării interioare a unităților structurale, inclusiv fiziopatologia celulară, merge mână în mână cu progresele în tehnologiile din acest domeniu științific, disponibile pentru imagistica și studierea lor.
Biologia cromozomilor
Cu entuziasmul actual din domeniul genomicii, este ușor de uitat că genele sunt doar porțiuni scurte de ADN și fac parte din structuri mult mai mari numite cromozomi. Acestea din urmă sunt formate din catene complexe de cromatină de ADN înfășurate în jurul unor proteine numite histone șiacum se știe că joacă un rol la fel de important în determinarea modului în care organismele se dezvoltă, funcționează și rămân sănătoase.
Epigenetica, literalmente „mai presus de genetică”, este știința care studiază schimbările de mediu în genom dincolo de cele care pot apărea la nivelul ADN-ului nostru. Aceste fluctuații ale activității genelor includ modificări ale elementelor care le înconjoară, cum ar fi proteinele histonelor, sau modificări ale elementelor transcripționale care controlează expresia genelor. Spre deosebire de modificările ADN, fluctuațiile epigenetice sunt de obicei specifice generației.
Cu alte cuvinte, modificările epigenetice nu sunt de obicei transmise de la părinte la copil. Această linie relativ nouă de cercetare ne-a schimbat înțelegerea atât asupra dezvoltării normale, cât și asupra bolii și influențează acum progresul următoarei generații de tratamente. Sunt studiate o varietate de domenii, inclusiv:
- Obezitate. Modificările epigenetice în genomul nostru au fost de multă vreme suspectate că joacă un rol în bolile umane complexe, cum ar fi depunerea de grăsime. O nouă direcție științifică investighează modul în care factorii de mediu pot influența dezvoltarea bolii.
- Tricuri clinice și dezvoltare de medicamente. Rolul terapiilor epigenetice pentru cancer în diferite tumori este în curs de explorare, în speranța că pot viza și „reprograma” celulele anormale, mai degrabă decât să distrugă atât elementele canceroase, cât și cele normale, ca în chimioterapia standard.
- Îngrijirea sănătății. Dieta și expunerea la substanțe chimice în toate etapele de dezvoltare pot provoca modificări epigenetice care pot activa sau dezactiva anumite gene. Oamenii de știință investighează modul în care aceste elemente au un impact negativ asupra populației generale.
- Știința comportamentală. Modificările epigenetice sunt asociate cu multe boli, inclusiv dependența de droguri și alcool. Înțelegerea modului în care factorii de mediu modifică genomul ar putea pune în lumină noi căi de tratare a tulburărilor psihologice.
Biologie cuantică
Fizicienii cunosc astfel de efecte cuantice de mai bine de o sută de ani, când particulele ne sfidează simțurile, dispărând dintr-un loc și reaparând în altul sau aflându-se în două locuri în același timp. Dar aceste efecte nu sunt atribuite experimentelor de laborator clandestine. Pe măsură ce oamenii de știință suspectează din ce în ce mai mult că mecanica cuantică se poate aplica și proceselor biologice.
Poate că cel mai bun exemplu este fotosinteza, un sistem minunat de eficient în care plantele (și unele bacterii) construiesc moleculele de care au nevoie folosind energia din lumina soarelui. Se pare că acest proces se poate baza de fapt pe fenomenul de „suprapunere”, în care pachete mici de energie explorează toate căile posibile și apoi se stabilesc pe cea mai eficientă. De asemenea, este posibil ca navigația aviară, mutațiile ADN (prin tunelul cuantic) și chiar și simțul nostru olfactiv să se bazeze pe efecte cuantice.
Deși aceasta este o zonă foarte speculativă și controversată, cei carepracticienii așteaptă ziua în care informațiile obținute din cercetare pot duce la noi medicamente și sisteme biomimetice (biometria este un alt domeniu emergent al științei în care sistemele și structurile biologice sunt folosite pentru a crea noi materiale și mașini).
Științe sociale și comportamentale
Dincolo de nivelul molecular și celular, înțelegerea modului în care factorii comportamentali și sociali influențează boala și sănătatea este vitală pentru înțelegerea, tratarea și prevenirea bolilor. Cercetarea în astfel de științe este un domeniu larg cu multiple fațete, care acoperă o gamă largă de discipline și abordări.
Conceptul unui program de analiză intraprofesională reunește științele biomedicale, comportamentale și sociale pentru a lucra împreună pentru a rezolva probleme de sănătate complexe și urgente. Accentul se pune pe dezvoltarea unor domenii științifice care explorează procesele comportamentale, domeniile biopsihologice și aplicative prin următoarele metode:
- Cercetare privind impactul bolii sau al stării fizice asupra comportamentului și funcționării sociale.
- Identificarea și înțelegerea factorilor comportamentali asociați cu debutul și evoluția bolii.
- Studiu al rezultatelor tratamentului.
- Promovarea sănătății și cercetarea prevenirii bolilor.
- Analiza impactului instituțional și organizațional asupra sănătății.
Exometeorologie
Exometeorologilor le placeexo-oceanografii și exogeologii sunt interesați să studieze procesele naturale care au loc pe alte planete decât Pământul. Acum că astronomii pot arunca o privire mai atentă asupra funcționării interioare a obiectelor din apropiere, ei sunt din ce în ce mai capabili să urmărească modelele atmosferice și meteorologice. Jupiter și Saturn, cu sistemele lor potențiale incredibil de mari, sunt candidații principali pentru studiu.
De exemplu, furtunile de praf au loc în mod regulat pe Marte. În această direcție științifică și tehnică, exometeorologii studiază chiar și planetele din afara sistemului nostru solar. Și, interesant, ei ar putea găsi în cele din urmă semne de viață extraterestră pe o exoplanetă prin detectarea semnăturilor organice în atmosferă sau a nivelurilor ridicate de dioxid de carbon - posibile semne ale unei civilizații din era industrială.
Nutrigenomics
Nutrigenomica, cunoscută și sub numele de genomica alimentară, este un domeniu prioritar al științei. Acesta este un studiu al interacțiunii complexe dintre hrană și răspunsul ADN. Într-adevăr, alimentele au un efect profund asupra sănătății umane - și începe literalmente la nivel molecular. Oamenii de știință care lucrează în acest domeniu se străduiesc să înțeleagă rolul variației genetice, răspunsul alimentar și modul în care nutrienții ne afectează structurile.
Nutrigenomica funcționează în ambele sensuri - genele ne influențează preferințele alimentare și invers. Scopul cheie al acestei arii de activitate științifică este crearea unei nutriții personalizate - o comparație a ceea ceceea ce mâncăm, cu propriile noastre constituții genetice unice.
Economie cognitivă
Economia nu se referă de obicei la cunoștințe profunde, dar acest lucru se poate schimba pe măsură ce domeniul se integrează cu disciplinele tradiționale de cercetare. A nu se confunda cu economia comportamentală (studiul modului nostru de a face lucrurile – ceea ce facem – în contextul luării deciziilor economice), economia cognitivă se referă la modul în care gândim. Lee Caldwell, care scrie pe blog despre zonă, o definește după cum urmează:
"Economia cognitivă (sau finanțele)… se uită la ceea ce se întâmplă de fapt în mintea unei persoane atunci când face acea alegere. Care este structura internă a luării deciziilor, cum informația intră în conștiință și cum este procesată și apoi, în cele din urmă, cum sunt exprimate toate aceste procese în comportamentul nostru?"
În alt fel, economia cognitivă este fizica a cărei economie comportamentală este ingineria. În acest scop, oamenii de știință care lucrează în acest domeniu își încep analiza la un nivel inferior și formează micropatterele care stau la baza luării deciziilor umane pentru a dezvolta un model de comportament economic la scară largă. Pentru a-i ajuta să facă acest lucru, economiștii cognitivi se uită la domeniile conexe ale disciplinei și ale economiei computaționale, precum și principalele linii de cercetare științifică și tehnologică în teoria raționalității și a deciziei.
