Το 2024 με τη ματιά της Επιστήμης: H Τεχνητή Νοημοσύνη, η «πράσινη χημεία», το διάστημα και ένα μέλλον χωρίς καρκίνο

Η επιστήμη και η τεχνολογία προχωρούν σχεδόν παράλληλα, με το 2024 να σηματοδοτεί ένα έτος σπουδαίων ανακαλύψεων, με τη συναυτουργία της τεχνητής νοημοσύνης.

Οι νέες τάσεις περιλαμβάνουν την επιταχυνόμενη επέκταση της πράσινης χημείας, την απεξάρτηση της ενέργειας από τον άνθρακα, την άνοδο των βιοϋλικών και την ανανεωμένη πρόοδο στη θεραπεία των μη θεραπεύσιμων, από τον καρκίνο έως τις νευροεκφυλιστικών ασθένειών.

Η άνοδος της Τεχνητής Νοημοσύνης

Αν και ο τομέας της τεχνητής νοημοσύνης ήταν πάντα προσανατολισμένος προς το μέλλον, η επανάστασή της στη χημεία και την ανακάλυψη φαρμάκων δεν έχει ακόμη συνειδητοποιηθεί πλήρως. Παρόλο που υπήρξαν κάποιες αναποδιές υψηλού προφίλ, αρκετές ανακαλύψεις θα πρέπει να παρακολουθούνται στενά καθώς ο τομέας εξελίσσεται. Η δημιουργική τεχνητή νοημοσύνη επηρεάζει την ανακάλυψη φαρμάκων, η μηχανική μάθηση χρησιμοποιείται περισσότερο στην περιβαλλοντική έρευνα και μεγάλα γλωσσικά μοντέλα όπως το ChatGPT δοκιμάζονται σε εφαρμογές υγειονομικής περίθαλψης και κλινικές ρυθμίσεις.

Πολλοί επιστήμονες παρακολουθούν το AlphaFold, το λογισμικό πρόβλεψης πρωτεϊνικής δομής της DeepMind που έφερε επανάσταση στον τρόπο κατανόησης των πρωτεϊνών. Η DeepMind και η Isomorphic Labs ανακοίνωσαν πρόσφατα πώς το πιο πρόσφατο μοντέλο τους παρουσιάζει βελτιωμένη ακρίβεια, μπορεί να παράγει προβλέψεις για σχεδόν όλα τα μόρια στην Τράπεζα Δεδομένων Πρωτεϊνών και να επεκτείνει την κάλυψη σε συνδέσμους, νουκλεϊκά οξέα και μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις. Η ανακάλυψη θεραπευτικών αντισωμάτων με βάση την ΤΝ κερδίζει επίσης δημοτικότητα και πλατφόρμες όπως η μηχανή ανακάλυψης αντισωμάτων της RubrYc Therapeutics θα συμβάλουν στην προώθηση της έρευνας στον τομέα αυτό.

Αν και πολλοί βλέπουν την ανάπτυξη της ΤΝ με ενθουσιασμό, συζητούνται ανησυχίες σχετικά με τα ακριβή και προσβάσιμα δεδομένα εκπαίδευσης, τη δικαιοσύνη και τη μεροληψία, την έλλειψη ρυθμιστικής εποπτείας, τον αντίκτυπο στην ακαδημαϊκή κοινότητα, την επιστημονική έρευνα και τις δημοσιεύσεις, τις ψευδαισθήσεις σε μεγάλα γλωσσικά μοντέλα, ακόμη και ανησυχίες σχετικά με τις απειλές της πληροφορίας για τη δημόσια υγεία. Ωστόσο, η συνεχής βελτίωση είναι αναπόφευκτη με την τεχνητή νοημοσύνη, οπότε αναμένετε να δείτε πολλές νέες εξελίξεις και καινοτομίες κατά τη διάρκεια του 2024.

«Πιο πράσινη» χημεία

Η πράσινη χημεία είναι ένας ταχέως εξελισσόμενος τομέας που αναζητά συνεχώς καινοτόμους τρόπους για την ελαχιστοποίηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των χημικών διεργασιών. Ακολουθούν διάφορες αναδυόμενες τάσεις που σημειώνουν σημαντικές ανακαλύψεις:

Βελτίωση των προβλέψεων/αποτελεσμάτων της πράσινης χημείας: Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην πράσινη χημεία είναι η πρόβλεψη των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των νέων χημικών ουσιών και διεργασιών. Οι ερευνητές αναπτύσσουν νέα υπολογιστικά εργαλεία και μοντέλα που μπορούν να βοηθήσουν στην πρόβλεψη αυτών των επιπτώσεων με μεγαλύτερη ακρίβεια. Αυτό θα επιτρέψει στους χημικούς να σχεδιάζουν ασφαλέστερες και φιλικότερες προς το περιβάλλον χημικές ουσίες.

Μείωση των πλαστικών: Περισσότεροι από 350 εκατομμύρια τόνοι πλαστικών αποβλήτων παράγονται κάθε χρόνο. Σε όλο το τοπίο των κατασκευαστών, των προμηθευτών και των εμπόρων λιανικής πώλησης, η μείωση της χρήσης πλαστικών μιας χρήσης και μικροπλαστικών είναι ζωτικής σημασίας. Οι νέες προσεγγίσεις με γνώμονα την αξία από καινοτόμους όπως η MiTerro που επαναχρησιμοποιούν βιομηχανικά υποπροϊόντα και απόβλητα βιομάζας για φιλικά προς το περιβάλλον και φθηνότερα πλαστικά υποκατάστατα θα αποτελέσουν σύντομα προσδοκίες της βιομηχανίας. Η μείωση του κόστους και του πλαστικού αποτυπώματος θα είναι σημαντική σε ολόκληρη την αλυσίδα εφοδιασμού.

Εναλλακτική χημεία μπαταριών: Στο χώρο των μπαταριών και της αποθήκευσης ενέργειας, η εξεύρεση εναλλακτικών λύσεων για τα σπάνια “απειλούμενα στοιχεία” όπως το λίθιο και το κοβάλτιο θα είναι ζωτικής σημασίας. Αν και είναι βασικά συστατικά πολλών μπαταριών, λιγοστεύουν και γίνονται ακριβά. Οι νέες επενδύσεις σε μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP) που δεν χρησιμοποιούν νικέλιο και κοβάλτιο έχουν επεκταθεί, με το 45% του μεριδίου της αγοράς ηλεκτρικών οχημάτων να προβλέπεται για LFP το 2029. Προβλέπεται η συνέχιση της έρευνας για περισσότερη ανάπτυξη σε εναλλακτικά υλικά όπως το νάτριο, ο σίδηρος και το μαγνήσιο, τα οποία είναι πιο άφθονα, λιγότερο ακριβά και πιο βιώσιμα.

Πιο βιώσιμοι καταλύτες: Οι καταλύτες επιταχύνουν μια χημική αντίδραση ή μειώνουν την απαιτούμενη ενέργεια χωρίς να καταναλώνονται. Τα ευγενή μέταλλα είναι εξαιρετικοί καταλύτες- ωστόσο, είναι ακριβά και η εξόρυξή τους προκαλεί περιβαλλοντική ζημία. Ακόμη και οι καταλύτες μη ευγενών μετάλλων μπορεί επίσης να είναι τοξικοί λόγω της μόλυνσης και των προκλήσεων με τη διάθεσή τους. Οι βιώσιμοι καταλύτες κατασκευάζονται από στοιχεία που υπάρχουν σε αφθονία στη γη και είναι επίσης μη τοξικά στη φύση. Τα τελευταία χρόνια έχει δοθεί όλο και μεγαλύτερη έμφαση στην ανάπτυξη βιώσιμων καταλυτών που είναι πιο φιλικοί προς το περιβάλλον και λιγότερο εξαρτώμενοι από πολύτιμα μέταλλα. Οι νέες εξελίξεις με τους καταλύτες, τους ρόλους τους και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις τους θα οδηγήσουν σε ουσιαστική πρόοδο στη μείωση του αποτυπώματος άνθρακα.

Ανακύκλωση μπαταριών ιόντων λιθίου: Στην ανακύκλωση ιόντων λιθίου έχουν αυξηθεί οι επενδύσεις με περισσότερες από 800 πατέντες να έχουν ήδη δημοσιευτεί το 2023. Η χρήση στερεών ηλεκτρολυτών ή υγρών μη εύφλεκτων ηλεκτρολυτών μπορεί να βελτιώσει την ασφάλεια και την ανθεκτικότητα των LIB και να μειώσει τη χρήση των υλικών τους. Τέλος, μια μέθοδος κατασκευής ηλεκτροδίων χωρίς διαλύτες θα μπορούσε να μειώσει τη χρήση παρωχημένων διαλυτών όπως η Ν-μεθυλοπυρρολιδινόνη, οι οποίοι απαιτούν ανακύκλωση και προσεκτικό χειρισμό για την αποφυγή εκπομπών.

Άνοδος των βιοϋλικών

Τα νέα υλικά για βιοϊατρικές εφαρμογές θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση σε πολλούς τομείς της υγειονομικής περίθαλψης το 2024. Ένα παράδειγμα είναι τα βιοηλεκτρονικά υλικά, τα οποία αποτελούν διεπαφές μεταξύ ηλεκτρονικών συσκευών και του ανθρώπινου σώματος, όπως το σύστημα διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή που αναπτύσσεται από τη Neuralink. Το σύστημα αυτό, το οποίο χρησιμοποιεί ένα δίκτυο βιοσυμβατών ηλεκτροδίων που εμφυτεύονται απευθείας στον εγκέφαλο, έλαβε έγκριση από τον FDA για να ξεκινήσει δοκιμές σε ανθρώπους το 2023.

Βιοηλεκτρονικά υλικά: είναι συχνά υβρίδια ή σύνθετα υλικά, που ενσωματώνουν υλικά νανοκλίμακας, υψηλής τεχνολογίας αγώγιμα πολυμερή και βιοαπορροφήσιμες ουσίες. Οι πρόσφατα αναπτυγμένες συσκευές μπορούν να εμφυτευθούν, να χρησιμοποιηθούν προσωρινά και στη συνέχεια να επαναπορροφηθούν με ασφάλεια από τον οργανισμό χωρίς να χρειαστεί να αφαιρεθούν. Αυτό έχει αποδειχθεί από έναν πλήρως βιοαπορροφήσιμο, συνδυασμένο αισθητήρα-ασύρματο δέκτη ενέργειας κατασκευασμένο από ψευδάργυρο και το βιοαποικοδομήσιμο πολυμερές πολυ(γαλακτικό οξύ).

Φυσικά βιοϋλικά: που είναι βιοσυμβατά και προέρχονται από τη φύση (όπως η χιτοζάνη, τα νανοϋλικά κυτταρίνης και το μετάξι) χρησιμοποιούνται για την κατασκευή προηγμένων πολυλειτουργικών βιοϋλικών το 2023. Για παράδειγμα, σχεδίασαν ένα ενέσιμο εμφύτευμα εγκεφάλου από υδρογέλη για τη θεραπεία της νόσου του Πάρκινσον, το οποίο βασίζεται σε αναστρέψιμους σταυροδεσμούς που σχηματίζονται μεταξύ χιτοζάνης, ταννικού οξέος και νανοσωματιδίων χρυσού.

«Βιομελάνια»: χρησιμοποιούνται για την τρισδιάστατη εκτύπωση οργάνων και την ανάπτυξη μεταμοσχεύσεων που θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στη φροντίδα των ασθενών. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται μοντέλα για τη μελέτη της αρχιτεκτονικής των οργάνων, όπως 3D εκτυπωμένα μοντέλα καρδιάς για καρδιακές διαταραχές και 3D εκτυπωμένα μοντέλα πνευμόνων για τη δοκιμή της αποτελεσματικότητας των φαρμάκων. Οι εξειδικευμένες βιοσυνδέσεις ενισχύουν την ποιότητα, την αποτελεσματικότητα και την ευελιξία των τρισδιάστατα εκτυπωμένων οργάνων, δομών και αποτελεσμάτων. Τέλος, νέες προσεγγίσεις, όπως η ογκομετρική προσθετική κατασκευή (VAM) από παρθένες βιοσυσσωρευτές με βάση το μετάξι, ξεκλειδώνουν νέα σύνορα καινοτομίας για την τρισδιάστατη εκτύπωση.

Στη Σελήνη και ακόμα πιο μακριά

Το παγκόσμιο πρόγραμμα Άρτεμις είναι ένα διεθνές πρόγραμμα διαστημικής εξερεύνησης υπό την ηγεσία της NASA, το οποίο στοχεύει στην προσεδάφιση της πρώτης γυναίκας και του πρώτου έγχρωμου ατόμου στη Σελήνη έως το 2025, στο πλαίσιο του μακροπρόθεσμου στόχου για τη δημιουργία μιας βιώσιμης ανθρώπινης παρουσίας στη Σελήνη. Επιπλέον, η αποστολή της NASA με την ονομασία Europa Clipper, η οποία έχει προγραμματιστεί για εκτόξευση το 2024, θα τεθεί σε τροχιά γύρω από τον Δία και θα πετάξει δίπλα από την Ευρώπη, ένα από τα φεγγάρια του Δία, για να μελετήσει την παρουσία νερού και την κατοικησιμότητά του.

Η αποστολή της Κίνας, Chang’e 6, σχεδιάζει να φέρει δείγματα από το φεγγάρι πίσω στη Γη για περαιτέρω μελέτες. Η αποστολή Martian Moons Exploration (MMX) της ιαπωνικής JAXA σχεδιάζει να φέρει δείγματα από τον Φόβο, ένα από τα φεγγάρια του Άρη.

Η Boeing αναμένεται επίσης να πραγματοποιήσει δοκιμαστική πτήση της επαναχρησιμοποιήσιμης διαστημικής κάψουλας Starliner, η οποία μπορεί να μεταφέρει ανθρώπους σε χαμηλή γήινη τροχιά.

Ωστόσο, ο αντίκτυπος της Ε&Α του Artemis επεκτείνεται σε περισσότερους τομείς από την αεροδιαστημική μηχανική:

Ρομποτική: Τα ρομπότ θα διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στο πρόγραμμα Artemis, εκτελώντας πολλές εργασίες, όπως η συλλογή δειγμάτων, η κατασκευή υποδομών και η διεξαγωγή επιστημονικής έρευνας. Αυτό θα οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων ρομποτικών τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων αυτόνομων συστημάτων και επιδέξιων χειριστών.

Διαστημική ιατρική: Το πρόγραμμα Artemis θα απαιτήσει την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για την προστασία των αστροναυτών από τους κινδύνους των διαστημικών ταξιδιών, όπως η έκθεση στην ακτινοβολία και η μικροβαρύτητα. Αυτό θα περιλαμβάνει επιστημονικές ανακαλύψεις στην ιατρική διάγνωση, τη θεραπευτική και τα αντίμετρα.

Επιστήμη της Γης: Το πρόγραμμα Artemis θα προσφέρει μια μοναδική ευκαιρία για τη μελέτη της Σελήνης και του περιβάλλοντός της. Αυτό θα οδηγήσει σε νέες γνώσεις για την ιστορία, τη γεωλογία και το κλίμα της Γης.

Επιστήμη των υλικών: Το ακραίο διαστημικό περιβάλλον θα απαιτήσει νέα υλικά ελαφριά, ανθεκτικά και ανθεκτικά στην ακτινοβολία. Αυτό θα έχει εφαρμογές σε πολλές βιομηχανίες, όπως η αεροδιαστημική, οι κατασκευές και η ενέργεια.

Τεχνολογία πληροφοριών: Το πρόγραμμα Artemis θα δημιουργήσει τεράστιο όγκο δεδομένων, τα οποία θα πρέπει να επεξεργαστούν, να αναλυθούν και να διαμοιραστούν σε πραγματικό χρόνο. Αυτό θα οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών πληροφορικής, όπως η υπολογιστική νέφους, η τεχνητή νοημοσύνη και η μηχανική μάθηση.

Ένα μέλλον χωρίς καρκίνο

Ο τομέας της ανοσο-ογκολογίας έχει γνωρίσει τεράστια ανάπτυξη τα τελευταία χρόνια. Τα εγκεκριμένα προϊόντα, όπως οι κυτταροκίνες, τα εμβόλια, τα μονοκλωνικά αντισώματα που απευθύνονται στον όγκο και οι αναστολείς των σημείων ανοσολογικού ελέγχου, συνεχίζουν να αυξάνουν το μέγεθος της αγοράς. Νέες θεραπείες όπως το TAC01-HER2 βρίσκονται επί του παρόντος σε κλινικές δοκιμές. Αυτή η μοναδική θεραπεία χρησιμοποιεί αυτόλογα Τ κύτταρα, τα οποία έχουν τροποποιηθεί γενετικά ώστε να ενσωματώνουν υποδοχείς T cell Antigen Coupler (TAC) που αναγνωρίζουν την παρουσία του ανθρώπινου υποδοχέα του επιδερμικού αυξητικού παράγοντα 2 (HER2) στα καρκινικά κύτταρα για την απομάκρυνσή τους. Αυτό θα μπορούσε να είναι μια πολλά υποσχόμενη θεραπεία για μεταστατικούς, θετικούς στον HER2 συμπαγείς όγκους.

Μια άλλη πολλά υποσχόμενη στρατηγική αποσκοπεί στη χρήση των CAR-T κυττάρων κατά των συμπαγών όγκων σε συνδυασμό με ένα εμβόλιο που ενισχύει την ανοσολογική απόκριση. Η ενίσχυση του ανοσοποιητικού βοηθά τον οργανισμό να δημιουργήσει περισσότερα κύτταρα Τ του ξενιστή που μπορούν να στοχεύσουν άλλα αντιγόνα του όγκου τα οποία τα CAR-T κύτταρα δεν μπορούν να σκοτώσουν.

Μια άλλη αξιοσημείωτη τάση είναι η ανάπτυξη βελτιωμένων και αποτελεσματικών εξατομικευμένων θεραπειών. Για παράδειγμα, ένα πρόσφατα αναπτυγμένο εξατομικευμένο εμβόλιο νεοαντιγόνου RNA, που βασίζεται σε νανοσωματίδια ουριδίνης mRNA-lipoplex, βρέθηκε αποτελεσματικό κατά του αδενοκαρκινώματος του παγκρεατικού πόρου (PDAC). Σημαντικές προκλήσεις στην ανοσο-ογκολογία είναι η αντίσταση στη θεραπεία, η έλλειψη προβλέψιμων βιοδεικτών και η ετερογένεια του όγκου. Κατά συνέπεια, η επινόηση νέων στρατηγικών θεραπείας θα μπορούσε να αποτελέσει μελλοντικό ερευνητικό στόχο.

Νευροεκφυλιστικές ασθένειες

Τα νευροεκφυλιστικά νοσήματα αποτελούν μείζον θέμα δημόσιας υγείας, καθώς αποτελούν κύρια αιτία θανάτου και αναπηρίας παγκοσμίως. Παρόλο που επί του παρόντος δεν υπάρχει θεραπεία για καμία νευροεκφυλιστική ασθένεια, οι νέες επιστημονικές ανακαλύψεις και η κατανόηση αυτών των μονοπατιών μπορεί να είναι το κλειδί για τη βελτίωση των αποτελεσμάτων των ασθενών.

Νόσος Αλτσχάιμερ: Δύο ανοσοθεραπευτικά έχουν λάβει έγκριση από τον FDA για τη μείωση τόσο της γνωστικής όσο και της λειτουργικής έκπτωσης σε άτομα που ζουν με πρώιμη νόσο Αλτσχάιμερ. Το Aducannumab (Aduhelm®) έλαβε επιταχυνόμενη έγκριση το 2021 και είναι η πρώτη νέα θεραπεία που έχει εγκριθεί για τη νόσο Αλτσχάιμερ από το 2003 και η πρώτη θεραπεία που στοχεύει στην παθοφυσιολογία της νόσου, μειώνοντας τις πλάκες β-αμυλοειδούς στον εγκέφαλο των ασθενών με πρώιμη νόσο Αλτσχάιμερ. Η λεκανεμάμπη (Leqembi®) έλαβε παραδοσιακή έγκριση το 2023 και είναι το πρώτο φάρμακο που στοχεύει στην παθοφυσιολογία της νόσου Αλτσχάιμερ και παρουσιάζει κλινικά οφέλη, μειώνοντας τον ρυθμό εξέλιξης της νόσου και επιβραδύνοντας τη γνωστική και λειτουργική έκπτωση σε ενήλικες με πρώιμα στάδια της νόσου.

Νόσος του Πάρκινσον: Νέες θεραπευτικές μέθοδοι εκτός των φαρμακευτικών προϊόντων και της βαθιάς εγκεφαλικής διέγερσης ερευνώνται και εγκρίνονται από τον FDA για τη θεραπεία των συμπτωμάτων της νόσου του Πάρκινσον. Η μη επεμβατική ιατρική συσκευή, Exablate Neuro (εγκεκριμένη από τον FDA το 2021), χρησιμοποιεί εστιασμένους υπερήχους στη μία πλευρά του εγκεφάλου για να προσφέρει ανακούφιση από σοβαρά συμπτώματα όπως τρόμος, ακαμψία των άκρων και δυσκινησία. Το 2023 έφερε σημαντικά νέα για την έρευνα της νόσου του Πάρκινσον με την επικύρωση του βιοδείκτη άλφα-συνουκλεΐνη. Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα εργαλείο που ονομάζεται α-συνουκλεΐνη seeding amplification assay το οποίο ανιχνεύει τον βιοδείκτη στο νωτιαίο υγρό ατόμων που έχουν διαγνωστεί με τη νόσο του Πάρκινσον και ατόμων που δεν έχουν εμφανίσει κλινικά συμπτώματα.

Αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS): Δύο φαρμακευτικά προϊόντα έχουν λάβει έγκριση από τον FDA τα τελευταία δύο χρόνια για την επιβράδυνση της εξέλιξης της νόσου σε άτομα με ALS. Το Relyvrio® εγκρίθηκε το 2022 και δρα αποτρέποντας ή επιβραδύνοντας περισσότερο το θάνατο των κυττάρων των νευρώνων σε ασθενείς με ALS. Το Tofersen (Qalsody®), ένα αντι-ολιγονουκλεοτίδιο, εγκρίθηκε το 2023 στο πλαίσιο της οδού ταχείας έγκρισης. Το Tofersen στοχεύει το RNA που παράγεται από μεταλλαγμένα γονίδια υπεροξειδικής δισμουτάσης 1 (SOD1) για να εξαλείψει την παραγωγή τοξικής πρωτεΐνης SOD1. Η πρόσφατα δημοσιευμένη γενετική έρευνα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο οι μεταλλάξεις συμβάλλουν στην ALS βρίσκεται σε εξέλιξη, με τους ερευνητές να ανακαλύπτουν πρόσφατα πώς οι μεταλλάξεις του γονιδίου NEK1 οδηγούν στην ALS. Η ανακάλυψη αυτή υποδηλώνει μια πιθανή ορθολογική θεραπευτική προσέγγιση για τη σταθεροποίηση των μικροσωληνίσκων σε ασθενείς με ALS.

• ALS
• ChatGPT
• αλτσχάιμερ
• επιστήμη
• Τεχνητή Νοημοσύνη