Moderne wetenschappelijke trends zijn een grote en brede onderneming, waarbij duizenden laboratoria over de hele wereld hun eigen hooggespecialiseerde vakgebied bestuderen vanuit een veel groter geheel. Het is een logische kruising van wetenschappelijk erfgoed en eeuwenlange technologische vooruitgang om het begrip van de wereld om ons heen te vergroten.
Bijzondere aandacht moet worden besteed aan steeds specifiekere disciplines, van retinale neurale computing tot ruimteplasmafysica. Welke wetenschappelijke gebieden zijn er en welke zijn het meest relevant?
Biomedische technologie en biofysica
Het lijkt misschien vreemd, maar sommige problemen in de geneeskunde kunnen alleen worden opgelost met behulp van technologie. Biomedische technologie is een opkomende discipline die zich uitstrekt over uiteenlopende gebieden zoals eiwittechnologie, meetsystemen en optische beeldvorming met hoge resolutie van atomen en hele organismen. dit verlangen naarintegratie van fysieke kennis met life sciences - vooruitgang in de menselijke gezondheid.
Huidige onderzoeksgebieden
Omvat onderzoeksgebieden zoals:
- Biophotonics - ontwikkeling van methoden voor visualisatie van cellen en weefsels met fluorescentie. Optische methoden worden gebruikt om biologische moleculen te bestuderen.
- Cardiovasculaire beeldvorming - ontwikkeling van methoden voor het opsporen en kwantificeren van hart- en vaatziekten.
- Complexe biologische systemen - ontwikkeling van nieuwe hulpmiddelen en wiskundige modellen voor het begrijpen van complexe biologische systemen.
- Macromoleculaire assemblage. De studie van macromoleculen, inclusief de assemblage van multicomponent-complexen en moleculaire machines.
- Immunochemische diagnostiek - het creëren van nieuwe technologieën voor de identificatie van ziekten, zoals "laboratoriumstudies".
- Niet-invasieve optische beeldvorming - Ontwikkeling van re altime diagnostische methoden voor het beoordelen en bewaken van weefsels en organen.
Recente vorderingen omvatten de ontwikkeling van verschillende optische beeldvormingstools met hoge resolutie die zijn ontworpen om de microscopische en macroscopische werelden van cellen en organismen te verkennen.
Celbiologie
Een ander belangrijk en zich voortdurend ontwikkelend wetenschappelijk gebied is celbiologie. Alle levende wezens zijn gemaakt van structurele en functionele eenheden. Dus, cellulairEen tekort speelt een cruciale rol bij veel ziekten, van kanker veroorzaakt door abnormale celgroei tot neurodegeneratieve aandoeningen die het gevolg zijn van de dood van zenuwweefsel. Er zijn zes belangrijke gebieden die meerdere biologische systemen omspannen:
- Apoptose. In elk gezond organisme sterven cellen door een zorgvuldig gereguleerd proces van geprogrammeerde celdood, bekend als apoptose. Het is gebruikelijk in veel biologische systemen die fundamenteel zijn voor neurowetenschap, immunologie, veroudering en ontwikkeling, en pathologieën zoals kanker, auto-immuunziekten en degeneratieve ziekten.
- De celcyclus - Functionerende ministructuren blijven ons hele leven groeien en delen op een zorgvuldig gecontroleerde manier. De moleculaire en cellulaire gebeurtenissen die deze cyclus reguleren, zijn van cruciaal belang voor veel ziekten waarbij de normale groeiregulatie wordt verstoord.
- Glycobiologie. Glycanen zijn een biologisch belangrijke klasse van koolhydraten. Glycan-bindende eiwitten (lectines) binden aan specifieke structurele glycanen en spelen een cruciale rol bij celherkenning, motiliteit en terugkeer naar specifieke weefsels, signalering, differentiatie, celadhesie, microbiële pathogenese en immunologische herkenning.
- Mitochondriën. Mitochondriën, bekend als de "power house"-bouwstenen, leveren de energie die cellen nodig hebben om te overleven, en voorkomen zo ziekte van diabetes tot Parkinson.
- Mobiliteit - Een microscopisch kleine zenuwcel die zijn oorsprong vindt in de hersenen en zijn processen uitbreidt tot de basis van het ruggenmerg, moet moleculen over grote afstanden verplaatsen in vergelijking met zijn grootte. Wetenschappers gebruiken verschillende methoden en benaderingen om te bestuderen hoe cellen en hun interne moleculen en organellen bewegen.
- Transport van eiwitten. Eiwitten worden gemaakt in de kern en dan moeten ze goed worden gehuisvest om hun cellulaire rollen te vervullen. Het transport van eiwitten staat dus centraal in alle cellulaire systemen en de disfunctie ervan wordt in verband gebracht met ziekten variërend van cystische fibrose tot de ziekte van Alzheimer.
De cellulaire basis van het leven
De cellulaire basis van het leven lijkt misschien voor de hand liggend in de moderne tijd van de biologie, maar tot de ontwikkeling van de eerste microscopen in het begin van de negentiende eeuw, kon dit slechts een kwestie van speculatie zijn. De grootte van een typische menselijke cel is ongeveer vijf keer kleiner dan alles wat we met het blote oog kunnen zien. Daarom gaat vooruitgang in ons begrip van de innerlijke werking van structurele eenheden, inclusief cellulaire pathofysiologie, hand in hand met vooruitgang in de technologieën van dit wetenschappelijke veld, beschikbaar voor beeldvorming en studie ervan.
Biologie van chromosomen
Met de huidige opwinding op het gebied van genomica, is het gemakkelijk om te vergeten dat genen slechts korte stukjes DNA zijn en deel uitmaken van veel grotere structuren die chromosomen worden genoemd. De laatste zijn opgebouwd uit chromatine-ingewikkelde strengen DNA gewikkeld rond eiwitten die histonen worden genoemd, enwaarvan nu bekend is dat ze een even belangrijke rol spelen bij het bepalen hoe organismen zich ontwikkelen, functioneren en gezond blijven.
Epigenetica, letterlijk 'boven genetica', is de wetenschap die veranderingen in de omgeving in het genoom bestudeert die verder gaan dan die welke zich op het niveau van ons DNA kunnen voordoen. Deze fluctuaties in genactiviteit omvatten modificaties van elementen die hen omringen, zoals histon-eiwitten, of modificaties van transcriptionele elementen die genexpressie regelen. In tegenstelling tot DNA-veranderingen zijn epigenetische fluctuaties meestal generatiespecifiek.
Met andere woorden, epigenetische veranderingen worden meestal niet doorgegeven van ouder op kind. Deze relatief nieuwe onderzoekslijn heeft ons begrip van zowel normale ontwikkeling als ziekte veranderd en beïnvloedt nu de voortgang van de volgende generatie behandelingen. Verschillende gebieden worden bestudeerd, waaronder:
- Obesitas. Van epigenetische veranderingen in ons genoom wordt al lang vermoed dat ze een rol spelen bij complexe menselijke ziekten zoals vetafzetting. Een nieuwe wetenschappelijke richting is het onderzoeken hoe omgevingsfactoren de ontwikkeling van de ziekte kunnen beïnvloeden.
- Klinische onderzoeken en medicijnontwikkeling. De rol van epigenetische kankertherapieën bij verschillende tumoren wordt onderzocht, in de hoop dat ze abnormale cellen kunnen targeten en "herprogrammeren" in plaats van zowel kankerachtige als normale bouwstenen te doden, zoals bij standaardchemotherapie.
- Gezondheidszorg. Dieet en blootstelling aan chemicaliën in alle stadia van ontwikkeling kunnen epigenetische veranderingen veroorzaken die bepaalde genen aan of uit kunnen zetten. Wetenschappers onderzoeken hoe deze elementen de algemene bevolking negatief beïnvloeden.
- Gedragswetenschap. Epigenetische veranderingen worden in verband gebracht met veel ziekten, waaronder drugs- en alcoholverslaving. Begrijpen hoe omgevingsfactoren het genoom veranderen, zou licht kunnen werpen op nieuwe wegen voor de behandeling van psychische stoornissen.
Kwantumbiologie
Natuurkundigen weten al meer dan honderd jaar van dergelijke kwantumeffecten, wanneer deeltjes onze zintuigen tarten, van de ene plaats verdwijnen en op een andere verschijnen, of op twee plaatsen tegelijk zijn. Maar deze effecten worden niet toegeschreven aan clandestiene laboratoriumexperimenten. Omdat wetenschappers steeds meer vermoeden dat kwantummechanica ook van toepassing kan zijn op biologische processen.
Misschien is het beste voorbeeld fotosynthese, een wonderbaarlijk efficiënt systeem waarbij planten (en sommige bacteriën) de moleculen bouwen die ze nodig hebben met behulp van energie uit zonlicht. Het blijkt dat dit proces mogelijk afhankelijk is van het fenomeen "superpositie", waarbij kleine pakketjes energie alle mogelijke paden verkennen en zich vervolgens vestigen op de meest efficiënte. Het is ook mogelijk dat de navigatie van vogels, DNA-mutaties (via kwantumtunneling) en zelfs ons reukvermogen afhankelijk zijn van kwantumeffecten.
Hoewel dit een zeer speculatief en controversieel gebied is, zijn degenen diebeoefenaars wachten op de dag dat informatie die is verkregen uit onderzoek kan leiden tot nieuwe medicijnen en biomimetische systemen (biometrie is een ander opkomend wetenschapsgebied waar biologische systemen en structuren worden gebruikt om nieuwe materialen en machines te creëren).
Sociale en Gedragswetenschappen
Buiten het moleculaire en cellulaire niveau is het van vitaal belang om te begrijpen hoe gedrags- en sociale factoren ziekte en gezondheid beïnvloeden voor het begrijpen, behandelen en voorkomen van ziekten. Onderzoek in dergelijke wetenschappen is een groot veelzijdig veld, dat een breed scala aan disciplines en benaderingen bestrijkt.
Het concept van een intraprofessioneel analyseprogramma brengt de biomedische, gedrags- en sociale wetenschappen samen om samen te werken om complexe en urgente gezondheidsproblemen op te lossen. De focus ligt op de ontwikkeling van wetenschappelijke gebieden die gedragsprocessen, biopsychologische en toegepaste velden onderzoeken via de volgende methoden:
- Onderzoek naar de impact van ziekte of lichamelijke conditie op gedrag en sociaal functioneren.
- Identificatie en begrip van gedragsfactoren die verband houden met het begin en het verloop van de ziekte.
- Onderzoek naar behandelresultaten.
- Onderzoek naar gezondheidsbevordering en ziektepreventie.
- Analyse van institutionele en organisatorische effecten op de gezondheid.
Exometeorologie
Exometeorologen zoalsexo-oceanografen en exogeologen zijn geïnteresseerd in het bestuderen van de natuurlijke processen die plaatsvinden op andere planeten dan de aarde. Nu astronomen de innerlijke werking van nabije objecten van dichterbij kunnen bekijken, zijn ze steeds beter in staat om atmosferische en weerpatronen te volgen. Jupiter en Saturnus, met hun ongelooflijk grote potentiële systemen, zijn uitstekende kandidaten voor studie.
Zo komen er regelmatig stofstormen voor op Mars. In deze wetenschappelijke en technische richting bestuderen exometeorologen zelfs planeten buiten ons zonnestelsel. En, interessant genoeg, kunnen ze uiteindelijk tekenen van buitenaards leven op een exoplaneet vinden door organische kenmerken in de atmosferen of verhoogde niveaus van koolstofdioxide te detecteren - mogelijke tekenen van een beschaving uit het industriële tijdperk.
Nutrigenomics
Nutrigenomics, ook wel voedselgenomica genoemd, is een prioriteitsgebied van de wetenschap. Dit is een onderzoek naar het complexe samenspel tussen voedsel en DNA-respons. Voedsel heeft inderdaad een diepgaand effect op de menselijke gezondheid - en het begint letterlijk op moleculair niveau. Wetenschappers die op dit gebied werkzaam zijn, streven ernaar de rol van genetische variatie, voedingsreacties en de manieren waarop voedingsstoffen onze structuren beïnvloeden te begrijpen.
Nutrigenomics werkt in twee richtingen: onze genen beïnvloeden onze voedingsvoorkeuren en vice versa. Het belangrijkste doel van dit gebied van wetenschappelijke activiteit is het creëren van gepersonaliseerde voeding - een vergelijking van watwat we eten, met onze eigen unieke genetische constituties.
Cognitieve economie
Economie gaat meestal niet over diepgaande kennis, maar dit kan veranderen als het veld integreert met traditionele onderzoeksdisciplines. Niet te verwarren met gedragseconomie (de studie van onze manier van doen - wat we doen - in de context van economische besluitvorming), cognitieve economie gaat over hoe we denken. Lee Caldwell, die blogt over het gebied, definieert het als volgt:
"Cognitieve economie (of financiën) … kijkt naar wat er werkelijk in iemands hoofd omgaat wanneer ze die keuze maken. Wat is de interne structuur van besluitvorming, hoe informatie het bewustzijn binnenkomt en hoe het wordt verwerkt, en dan, uiteindelijk, hoe komen al deze processen tot uitdrukking in ons gedrag?"
Op een andere manier is cognitieve economie natuurkunde waarvan de gedragseconomie engineering is. Hiertoe beginnen wetenschappers die op dit gebied werken hun analyse op een lager niveau en vormen ze de onderliggende micropatronen van menselijke besluitvorming om een model van grootschalig economisch gedrag te ontwikkelen. Om hen hierbij te helpen, kijken cognitieve economen naar de verwante gebieden van de discipline en computationele economie, evenals de hoofdlijnen van wetenschappelijk en technologisch onderzoek in rationaliteit en beslissingstheorie.
