Moderne videnskabelige tendenser er en stor og bred bestræbelse, hvor tusindvis af laboratorier rundt om i verden studerer deres eget højt specialiserede felt fra en meget større helhed. Det er et logisk skæringspunkt mellem videnskabelig arv og århundreders teknologiske fremskridt for at fremme forståelsen af verden omkring os.
Særlig opmærksomhed skal lægges til stadig mere specifikke discipliner, fra retinal neural computing til rumplasmafysik. Hvilke videnskabelige områder findes, og hvilke er de mest relevante?
Biomedicinsk teknik og biofysik
Det kan virke mærkeligt, men nogle problemer inden for medicin kan kun løses ved hjælp af teknologi. Biomedicinsk teknik er en spirende disciplin, der spænder over områder så forskellige som proteinteknologi, målesystemer og højopløsnings optisk billeddannelse af atomer og hele organismer. Dette ønske omintegration af fysisk viden med biovidenskab - fremskridt i menneskers sundhed.
Aktuelle forskningsområder
Omfatter forskningsområder såsom:
- Biofotonik - udvikling af metoder til visualisering af celler og væv med fluorescens. Optiske metoder bruges til at studere biologiske molekyler.
- Kardiovaskulær billeddannelse - udvikling af metoder til at opdage og kvantificere hjerte-kar-sygdomme.
- Komplekse biologiske systemer - udvikling af nye værktøjer og matematiske modeller til forståelse af komplekse biologiske systemer.
- Makromolekylær samling. Studiet af makromolekyler, herunder samling af multikomponentkomplekser og molekylære maskiner.
- Immunokemisk diagnostik - skabelsen af nye teknologier til identifikation af sygdomme, såsom "laboratorieundersøgelser".
- Non-Invasive Optical Imaging - Udvikling af diagnostiske metoder i re altid til vurdering og overvågning af væv og organer.
Seneste fremskridt omfatter udviklingen af adskillige højopløselige optiske billeddannelsesværktøjer designet til at udforske cellers og organismers mikroskopiske og makroskopiske verdener.
Cellebiologi
Et andet vigtigt og konstant udviklende videnskabeligt område er cellebiologi. Alle levende væsener er lavet af strukturelle og funktionelle enheder. Altså cellulærtMangel spiller en afgørende rolle i mange sygdomme, fra kræft forårsaget af unormal cellevækst til neurodegenerative lidelser, der skyldes nervevævs død. Der er seks nøgleområder, der spænder over flere biologiske systemer:
- apoptose. I enhver sund organisme dør celler gennem en omhyggeligt reguleret proces med programmeret celledød kendt som apoptose. Det er fælles for mange biologiske systemer, der er grundlæggende for neurovidenskab, immunologi, aldring og udvikling, og patologier såsom cancer, autoimmune og degenerative sygdomme.
- Cellens cyklus - Fungerende ministrukturer fortsætter med at vokse og dele sig på en nøje kontrolleret måde gennem hele vores liv. De molekylære og cellulære hændelser, der regulerer denne cyklus, er afgørende for mange sygdomme, hvor normal vækstregulering er forstyrret.
- Glykobiologi. Glykaner er en biologisk vigtig klasse af kulhydrater. Glycan-bindende proteiner (lectiner) binder til specifikke strukturelle glycaner og spiller en afgørende rolle i cellegenkendelse, motilitet og tilbagevenden til specifikke væv, signalering, differentiering, celleadhæsion, mikrobiel patogenese og immunologisk genkendelse.
- Mitokondrier. Kendt som "krafthuset"-byggesten, giver mitokondrier den energi, cellerne skal bruge for at overleve, og undgår sygdomme fra diabetes til Parkinsons.
- Mobilitet - En mikroskopisk nervecelle, der stammer fra hjernen og udvider sine processer til bunden af rygmarven, skal flytte molekyler over store afstande sammenlignet med dens størrelse. Forskere bruger en række forskellige metoder og tilgange til at studere, hvordan celler og deres indre molekyler og organeller bevæger sig.
- Transport af proteiner. Proteiner laves i kernen, og så skal de anbringes ordentligt for at kunne opfylde deres cellulære roller. Proteintransport er således central for alle cellulære systemer, og dets dysfunktion er forbundet med sygdomme lige fra cystisk fibrose til Alzheimers sygdom.
Det cellulære livsgrundlag
Det cellulære livsgrundlag kan virke indlysende i biologiens moderne tidsalder, men indtil udviklingen af de første mikroskoper i begyndelsen af det nittende århundrede, kunne dette kun være et spørgsmål om spekulation. Størrelsen af en typisk menneskelig celle er omkring fem gange mindre end noget, vi kan se med det blotte øje. Derfor går fremskridt i vores forståelse af den indre funktion af strukturelle enheder, herunder cellulær patofysiologi, hånd i hånd med fremskridt inden for teknologierne på dette videnskabelige område, der er tilgængelige til billeddannelse og undersøgelse af dem.
kromosomernes biologi
Med den nuværende spænding omkring genomforskningsområdet er det let at glemme, at gener kun er korte strækninger af DNA og en del af meget større strukturer kaldet kromosomer. Sidstnævnte består af kromatin-indviklede strenge af DNA viklet omkring proteiner kaldet histoner, oger nu kendt for at spille en lige så vigtig rolle i at bestemme, hvordan organismer udvikler sig, fungerer og forbliver sunde.
Epigenetik, bogstaveligt t alt "over genetik," er videnskaben, der studerer miljøændringer i genomet ud over dem, der kan forekomme på niveauet af vores DNA. Disse fluktuationer i genaktivitet omfatter modifikationer af elementer, der omgiver dem, såsom histonproteiner, eller modifikationer af transkriptionelle elementer, der styrer genekspression. I modsætning til DNA-ændringer er epigenetiske udsving norm alt generationsspecifikke.
Med andre ord overføres epigenetiske ændringer norm alt ikke fra forælder til barn. Denne relativt nye forskningslinje har ændret vores forståelse af både normal udvikling og sygdom og påvirker nu udviklingen af den næste generation af behandlinger. En række områder bliver undersøgt, herunder:
- Fedme. Epigenetiske ændringer i vores genom har længe været mistænkt for at spille en rolle i komplekse menneskelige sygdomme som fedtaflejring. En ny videnskabelig retning undersøger, hvordan miljøfaktorer kan påvirke udviklingen af sygdommen.
- Kliniske forsøg og lægemiddeludvikling. Epigenetiske cancerterapiers rolle i forskellige tumorer er ved at blive udforsket i håbet om, at de kan målrette og "omprogrammere" unormale celler i stedet for at dræbe både cancerøse og normale byggesten som i standard kemoterapi.
- Sundhedspleje. Kost og eksponering for kemikalier på alle udviklingsstadier kan forårsage epigenetiske ændringer, der kan tænde eller slukke for bestemte gener. Forskere er ved at undersøge, hvordan disse elementer påvirker den generelle befolkning negativt.
- Adfærdsvidenskab. Epigenetiske ændringer er forbundet med mange sygdomme, herunder stof- og alkoholafhængighed. At forstå, hvordan miljøfaktorer ændrer genomet, kunne kaste lys over nye veje til behandling af psykiske lidelser.
kvantebiologi
Fysikere har kendt til sådanne kvanteeffekter i mere end hundrede år, når partikler trodser vores sanser, forsvinder fra ét sted og dukker op igen et andet, eller er to steder på samme tid. Men disse virkninger tilskrives ikke hemmelige laboratorieeksperimenter. Da videnskabsmænd i stigende grad mistænker, at kvantemekanik også kan gælde for biologiske processer.
Det bedste eksempel er måske fotosyntese, et vidunderligt effektivt system, hvor planter (og nogle bakterier) bygger de molekyler, de har brug for, ved at bruge energi fra sollys. Det viser sig, at denne proces faktisk kan stole på fænomenet "superposition", hvor små pakker af energi udforsker alle mulige veje og derefter slår sig fast på den mest effektive. Det er også muligt, at fuglenavigation, DNA-mutationer (via kvantetunneling) og endda vores lugtesans er afhængige af kvanteeffekter.
Selvom dette er et meget spekulativt og kontroversielt område, er de, derpraktiserende læger venter på den dag, hvor information opnået fra forskning kan føre til nye lægemidler og biomimetiske systemer (biometri er et andet spirende videnskabsområde, hvor biologiske systemer og strukturer bruges til at skabe nye materialer og maskiner).
Social- og adfærdsvidenskab
Ud over det molekylære og cellulære niveau er det afgørende at forstå, hvordan adfærdsmæssige og sociale faktorer påvirker sygdom og sundhed for at forstå, behandle og forebygge sygdom. Forskning i sådanne videnskaber er et stort mangefacetteret felt, der dækker en bred vifte af discipliner og tilgange.
Konceptet med et intraprofessionelt analyseprogram samler de biomedicinske, adfærds- og samfundsvidenskaber for at arbejde sammen om at løse komplekse og presserende sundhedsproblemer. Fokus er på udvikling af videnskabelige områder, der udforsker adfærdsmæssige processer, biopsykologiske og anvendte områder gennem følgende metoder:
- Forskning i virkningen af sygdom eller fysisk tilstand på adfærd og social funktion.
- Identifikation og forståelse af adfærdsfaktorer forbundet med sygdomsdebut og forløb.
- Undersøgelse af behandlingsresultater.
- Sundhedsfremme og sygdomsforebyggende forskning.
- Analyse af institutionelle og organisatoriske indvirkninger på sundhed.
Exometeorology
Eksometeorologer kan lideexo-oceanografer og exogeologer er interesserede i at studere de naturlige processer, der forekommer på andre planeter end Jorden. Nu hvor astronomer kan se nærmere på den indre funktion af nærliggende objekter, er de i stigende grad i stand til at spore atmosfæriske og vejrmønstre. Jupiter og Saturn, med deres utroligt store potentielle systemer, er de bedste kandidater til studier.
For eksempel forekommer støvstorme regelmæssigt på Mars. I denne videnskabelige og tekniske retning studerer exometeorologer selv planeter uden for vores solsystem. Og interessant nok kan de i sidste ende finde tegn på udenjordisk liv på en exoplanet ved at detektere organiske signaturer i atmosfæren eller forhøjede niveauer af kuldioxid - mulige tegn på en civilisation i en industriel tidsalder.
Nutrigenomics
Nutrigenomics, også kendt som fødevaregenomik, er et prioriteret videnskabsområde. Dette er en undersøgelse af det komplekse samspil mellem mad og DNA-respons. Faktisk har mad en dyb indvirkning på menneskers sundhed - og det starter bogstaveligt t alt på molekylært niveau. Forskere, der arbejder inden for dette felt, stræber efter at forstå rollen af genetisk variation, diætrespons og de måder, hvorpå næringsstoffer påvirker vores strukturer.
Nutrigenomics virker begge veje - vores gener påvirker vores kostpræferencer og omvendt. Nøglemålet for dette område af videnskabelig aktivitet er skabelsen af personlig ernæring - en sammenligning af hvadhvad vi spiser, med vores egen unikke genetiske konstitutioner.
Kognitiv økonomi
Økonomi handler norm alt ikke om dyb viden, men dette kan ændre sig, efterhånden som feltet integreres med traditionelle forskningsdiscipliner. For ikke at forveksle med adfærdsøkonomi (studiet af vores måde at gøre tingene på - hvad vi gør - i sammenhæng med økonomisk beslutningstagning), handler kognitiv økonomi om, hvordan vi tænker. Lee Caldwell, der blogger om området, definerer det som følger:
"Kognitiv økonomi (eller finans) … ser på, hvad der faktisk foregår i en persons sind, når de træffer det valg. Hvad er den interne struktur for beslutningstagning, hvordan information kommer ind i bevidstheden, og hvordan den behandles, og derefter, i sidste ende, hvordan kommer alle disse processer til udtryk i vores adfærd?"
På en anden måde er kognitiv økonomi fysik, hvis adfærdsøkonomi er ingeniørkunst. Til dette formål starter videnskabsmænd, der arbejder inden for dette felt, deres analyse på et lavere niveau og danner de underliggende mikromønstre for menneskelig beslutningstagning for at udvikle en model for økonomisk adfærd i stor skala. For at hjælpe dem med at gøre dette ser kognitive økonomer på de beslægtede områder inden for disciplinen og beregningsøkonomi, såvel som hovedlinjerne i videnskabelig og teknologisk forskning i rationalitet og beslutningsteori.
