Ilustración para la historia de la ciencia. Crédito: Instituto Wyss

La pelota ha caído en un nuevo año y una nueva década, a medida que avanzamos de 2010 a 2020. Los últimos 10 años han visto avances increíbles en ciencia y tecnología, incluida una reducción dramática en el costo de la secuenciación genética, los primeros usos exitosos de la terapia génica en humanos y la existencia de ondas gravitacionales. ¿Pero qué hay de la próxima década? ¿Qué cosas previamente imposibles lograrán los humanos? El Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de la Universidad de Harvard preguntó a los miembros de su facultad en una amplia gama de disciplinas científicas cuáles predicen que serán los desarrollos más impactantes en sus campos entre ahora y el año 2030.

Empujando los límites de la biología.

George Church - Biología sintética

“Para 2030, esperamos ver ensayos clínicos humanos en órganos trasplantados de cerdos altamente editados y proteínas de genomas recodificados. La secuenciación del genoma completo puede convertirse en una alternativa de alta calidad y precio equitativo a las costosas terapias génicas para enfermedades raras. Las imágenes se moverán para primeros planos (resolución de 5 nm) y cada píxel contará su historia (ADN, ARN, proteínas y linaje). Finalmente, esperamos ver que la biología sintética impacte el secuestro de carbono a través de plantas resistentes a virus y algas, y elefantes resistentes al frío que reviertan los ecosistemas árticos en praderas altamente fotosintéticas ”.

Jim Collins - Biología sintética

“La biología sintética está bien posicionada para ayudar a avanzar en la medicina en la próxima década a través del desarrollo de diagnósticos de próxima generación y terapias genéticas y celulares. El campo también tiene un tremendo potencial para mejorar la investigación básica en biología molecular, al permitir la creación de nuevas herramientas para investigar y analizar las funciones complejas de los componentes y sistemas biomoleculares en las células vivas ".

Mike Levin - Biología del desarrollo

“La mayor brecha de conocimiento, y la frontera de la oportunidad, es domar el software biológico que subyace en la embriogénesis y la regeneración. Comprender la bioelectricidad, la biomecánica y los circuitos transcripcionales que permiten que las células cooperen hacia objetivos a gran escala es la clave para la medicina regenerativa, defectos de nacimiento, reprogramación del cáncer, envejecimiento, bioingeniería sintética e incluso nueva IA. Ser capaz de explotar la toma de decisiones, la memoria y la inteligencia de los enjambres celulares dará como resultado aplicaciones transformadoras en las intersecciones de ideas profundas en ciencia cognitiva, cibernética, biología del desarrollo y ciencias de la computación ".

"Anticipo el desarrollo de tecnologías genéticas y sintéticas para combatir el cambio climático y, concurrentemente con esos desarrollos, discusiones globales a todos los niveles con respecto a su aplicación segura, equitativa y efectiva".
- Ting Wu, biología sintética

Pam Silver - Biología sintética

“La ingeniería de la biología desempeñará un papel clave en la capacidad de la Tierra para apoyar a 10 mil millones de personas mediante la implementación de sistemas biológicos seguros, más rápidos y más predecibles. Para alimentar el cambio climático mitigar mundo y, los avances en la biología sintética se incluyen una mayor utilización de la luz del sol junto con la mitigación de la contaminación ambiental. La capacidad de responder rápidamente a las epidemias y diseñar mejores terapias será un avance clave para el campo. Y, a medida que avanzamos en la solución de los problemas en la Tierra, la biología sintética también desempeñará un papel en permitir e implementar el futuro de la exploración espacial ".

El diagnóstico y tratamiento de la enfermedad

Eugene Goldfield - Robótica terapéutica

Los sistemas "robóticos" terapéuticos en los próximos 10 años ya no se considerarán robots. Sus partes y sistemas de control estarán basados ​​molecularmente y tendrán capacidades similares a las de un sistema inmune. El límite entre lo vivo y lo sintético continuará difuminando en las próximas décadas, lo que requerirá una atención aún mayor en el dominio de la ética ”.

Don Ingber - Bioinspirada terapias y diagnósticos

“Los desarrollos más emocionantes en el campo de la terapéutica y el diagnóstico bioinspirados serán un nuevo paradigma para el desarrollo de fármacos que combina varias innovaciones únicas en un sistema que es más rápido, más barato y reduce el daño a animales y humanos en ensayos preclínicos y clínicos. Estoy especialmente entusiasmado con nuestra creciente capacidad para analizar in vitro las respuestas fisiológicas y fisiopatológicas humanas clínicamente relevantes ; cribado basado en fenotipos de alto rendimiento de organismos modelo; nuevas capacidades de simulación de la dinámica molecular; y la aplicación en expansión de tecnologías de aprendizaje profundo para resolver problemas clínicos específicos ".

Samir Mitragotri - Entrega de drogas

“La próxima década en la entrega de medicamentos destacará el papel de las células como ‘medicamentos‘ y ‘portadores‘. A diferencia de las drogas del pasado, las células son únicas ya que son entidades vivas y tienen la capacidad para navegar por los destinos del cuerpo y llegar a que la mayoría de los fármacos tradicionales no pueden. Las estrategias para administrar estas ‘terapias vivas‘ requerirán enfoques novedosos y crearán oportunidades para usar las células como portadores para dirigir medicamentos a tejidos difíciles de alcanzar. De particular interés son medicamentos que explotan o controlan el sistema inmune para el tratamiento de cáncer, enfermedades autoinmunes y alergias, entre otros. Las estrategias basadas en las células inmunes y la intervención inmunológica jugarán un papel importante en la investigación y la tecnología de administración de fármacos en los próximos 10 años “.

David Walt - Diagnóstico

“En los próximos 10 años, vamos a empezar a darse cuenta de los beneficios prometidos de la medicina personalizada y la salud personalizada, moviéndose hacia un sistema en el que hacemos un seguimiento de los individuos para biomarcadores clave y comparar esos resultados con sus propias mediciones en un momento anterior, en lugar de depender promedio de la población que no reflejan las variaciones de ancho biológicas que existen entre las personas “.

Dave Mooney - Inmunomateriales

“Espero que los próximos 10 años conduzcan a la demostración, en pacientes humanos, de que los inmunomateriales pueden alterar drásticamente la progresión de diversas enfermedades. Los inmunomateriales permitirán a los médicos concentrar las células inmunes donde se necesitan en el cuerpo, regular su actividad y dispersarlas cuando su trabajo esté terminado. Los materiales en sí mismos se disolverán y degradarán para no dejar nada extraño en el cuerpo después del tratamiento, pero crearán una memoria inmune que previene el regreso de la enfermedad ".

William Shih - Molecular Robótica

"Un desarrollo importante en curso en la ciencia biomolecular es la codificación de grandes cantidades de mediciones de una sola molécula en registros de ADN que se pueden leer más tarde mediante la secuenciación de ADN de alto rendimiento. Sin embargo, incluso las futuras tecnologías de secuenciación carecerán del ancho de banda para muestrear más de una pequeña fracción de estos registros. robots moleculares construyen a partir de ADN, por otra parte, será capaz de contar y clasificar grandes conjuntos de registros de ADN y, a continuación un resumen de los resultados en informes breve de ADN que luego puede ser leído por secuenciación de ADN u otros medios. Por lo tanto, los robots moleculares aumentará en gran medida el ancho de banda eficaz de las aplicaciones de ADN-grabación “.

Dave Weitz - Ciencia de los materiales

“Creo que los materiales a través del diseño se acercarán a una realidad. Vamos a aprender cómo formular nuevas estructuras en diferentes escalas de longitud usando una variedad de métodos de fabricación complementados por diseño asistido por ordenador y montaje. Así como la estructura y funcionalidad de los materiales serán determinados y controlados - será el equivalente a la medicina de precisión, pero para el diseño y la síntesis de materiales “.

Rehabilitar y regenerar el cuerpo.

Lou Awad - Medicina de rehabilitación

"Hasta la fecha, se han diseñado muy pocas intervenciones médicas para restaurar por completo los patrones de movimiento previos a la lesión de los pacientes con lesión neuromotora: el paradigma actual de rehabilitación apunta a lograr una marcha independiente rápidamente, pero los pacientes a menudo se vuelven independientes al compensar su lesión en lugar de hacerlo completamente recuperando la marcha rápida, económica y estable de una caminata humana sana. La última década ha visto avances tan notables en el diagnóstico del movimiento, las intervenciones de neuroestimulación y la robótica portátil que la próxima década está preparada para lograr una verdadera restauración en lugar de una mera compensación ".

"Predigo que surgirán importantes avances en el ensamblaje de células y tejidos que nos permitirán imprimir órganos vivos para uso clínico".
- Chris Chen, Ingeniería de órganos 3D

Elliot Chaikof - Medicina Regenerativa

“La medicina regenerativa emplea reparación, reconstrucción y reemplazo como estrategias para tratar a los pacientes con un órgano o tejido enfermo o dañado. Durante la próxima década, nuestra capacidad de reparación se puede mejorar dramáticamente a través del descubrimiento de agentes que reviertan el ‘reloj epigenético‘ o eliminen o rejuvenezcan las células senescentes. La cirugía reconstructiva se beneficiará de las células donadoras universales genéticamente modificadas ‘genéricas‘ y de órganos completos diseñados que pueden usarse para cualquier paciente. Finalmente, creo que la barrera para el reemplazo de tejidos será violada a través del uso de quimeras humano-cerdo, en un principio para generar células rojas de la sangre humanas compatibles universalmente para transfusiones y, posteriormente, órganos enteros para el trasplante “.

Kit Parker - Ingeniería de órganos 3D

“En el comienzo de la implantación de órganos en animales, y, finalmente, los pacientes, uno de los más cosas importantes que vamos a realizar es las lagunas de conocimiento que tenemos en la anatomía y fisiología básica. Todo lo que sabemos acerca de la anatomía funcional de órganos podría no ser suficiente para lo suficientemente imitan lo que creemos que es la anatomía de la naturaleza y, por desgracia, apenas hay anatomistas de formación clásica o fisiólogos en el mundo nunca más. Para diseñar con éxito órganos implantables, tenemos que desarrollar el talento científico para hacer los experimentos de fisiología de la vieja escuela que no se han hecho en 50 años o más para entender lo que estamos construyendo o necesidad de construir “.

Autor

La Harvard Gazette

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