En 2024 se produjeron numerosos avances científicos notables, y no se perciben señales de que el progreso se vaya a ralentizar. En CAS, estamos siempre al tanto de las investigaciones más recientes, y hemos identificado ocho tendencias clave que podrían inspirar importantes avances científicos en 2025. Los avances recientes en estas áreas abarcan diversos temas, como la IA en la investigación, la medicina de precisión y la nueva tecnología de baterías. Con conjunto, ofrecen la posibilidad de mejorar nuestra salud, nuestro medioambiente y las oportunidades para que empresas y emprendedores aprovechen mejor las novedades en investigación y tecnología.
También puede ver la grabación del panel de expertos de CAS, la Universidad de California (Berkeley), el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y POLARISqb, quienes debaten estas tendencias y las áreas relacionadas en las que esperan participar en 2025.
Los procesos de desarrollo de terapias CRISPR cobran impulso
Las tecnologías de edición genética de vanguardia, especialmente CRISPR, están revolucionando el panorama del descubrimiento de fármacos. Casgevy fue la primera terapia aprobada por la FDA de EE. UU. que se desarrolló utilizando la tecnología de edición genética CRISPR-Cas9 y, desde entonces, muchas nuevas terapias basadas en CRISPR dirigidas a un amplio abanico de enfermedades han llegado a las fases de descubrimiento de fármacos y a los ensayos clínicos.
El rápido desarrollo de la edición de bases, la edición de cebadores e incluso la modulación epigenética basada en CRISPR ha impulsado la tecnología CRISPR a la vanguardia del descubrimiento de fármacos, con posibles aplicaciones en oncología, trastornos genéticos, infecciones virales y enfermedades autoinmunes. La corrección de mutaciones, el silenciamiento de genes dañinos o la introducción de cambios protectores en las células representa un cambio de paradigma de la gestión de los síntomas a las terapias con potencial curativo para los pacientes.
Algunos ejemplos de cómo CRISPR está mejorando los enfoques terapéuticos incluyen:
- Eliminación genes que inhiben la función de las células T o mejora de su capacidad para atacar las células cancerosas, dando lugar a terapias CAR-T más potentes y menos tóxicas.
- Adición de interruptores de seguridad controlables que puedan detener e invertir las terapias CAR-T en función de las respuestas genéticas individuales.
- Identificación de genes y proteínas en células cancerosas, lo cual revelará nuevos objetivos para las PROTAC.
Por sí sola, la versatilidad de CRISPR como herramienta de edición de genes permite corregir y silenciar genes, por lo que ofrece muchas posibilidades para los tratamientos curativos de enfermedades monogénicas e infecciones virales. Sin embargo, lo más interesante es la naturaleza complementaria de estas tecnologías (CRISPR, CAR-T y PROTAC), ya que permite el descubrimiento colaborativo de fármacos en múltiples tecnologías. Los nuevos tratamientos que se basan en la flexibilidad de CRISPR pueden abordar aspectos que antes eran esquivos de la biología de la enfermedad y las necesidades de los pacientes, dando forma a un futuro en el que los enfoques combinados generen tratamientos más eficaces.
La innovación en baterías de estado sólido impulsa los avances del litio
Las baterías de iones de litio (LIB) son omnipresentes en los vehículos eléctricos actuales y en muchos productos electrónicos de consumo. Como resultado, las nuevas investigaciones se centran en desarrollar la próxima generación de LIB que mejor se adapte a estas aplicaciones.
Las baterías de estado sólido son una de las tecnologías emergentes que están ganando impulso porque tienen el potencial de abordar muchos de los problemas críticos que dificultan la adopción de los vehículos eléctricos. ¿Cuáles son las ventajas de los electrólitos sólidos sobre los electrolitos líquidos o en gel que se utilizan habitualmente en los LIB actuales?
- Son más seguros y menos proclives a sufrir incendios
- Son más duraderos y pueden descargarse muchas más veces
- Son más compactos, almacenan más energía en el mismo volumen y peso
- Se recargan con más rapidez
- Son resistentes a la degradación por funcionamiento en climas fríos
A pesar de estos beneficios, algunos expertos de la industria siguen siendo escépticos y señalan que esta tecnología todavía se enfrenta a obstáculos en cuanto a costes, fabricación y validación de la producción mientras se prueba en condiciones reales.
En general, los fabricantes de automóviles son optimistas, como lo demuestra el crecimiento generalizado de las inversiones de la industria en esta tecnología:
- Honda ha desvelado recientemente una línea de producción exclusiva de baterías de estado sólido para vehículos eléctricos, y estima que estas baterías serán un 50 % más pequeñas.
- SAIC, uno de los mayores fabricantes de automóviles chinos, ha anunciado que iniciará la producción en masa de baterías de estado sólido de segunda generación en 2026.
- Nissan también ha anunciado planes para lanzar un vehículo eléctrico con baterías de estado sólido para 2028.
En vista de toda esta inversión, parece que en los próximos años podría perfilarse el punto de inflexión de las baterías de estado sólido. Más allá de las aplicaciones en vehículos, la tecnología de baterías está siendo observada con atención en muchas industrias, ya que cada nuevo avance permite nuevas aplicaciones y posibilidades.
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La calidad de los datos emerge como un factor clave para el éxito de la IA
La IA seguirá dominando los titulares en 2025, pero a medida que estas tecnologías se integran en diversas industrias, los debates sobre la optimización de los resultados de la IA están cambiando de los algoritmos a los datos.
Los datos son el combustible fundamental que se usa para entrenar e informar todas las aplicaciones de aprendizaje automático. Los modelos de lenguaje de gran tamaño (LLM) como ChatGPT siguen mostrando limitaciones significativas cuando se usan en aplicaciones científicas y técnicas especializadas. Esto se debe en parte a que estas herramientas tienen una capacidad limitada para procesar estructuras químicas, datos tabulares, gráficos de conocimiento, series temporales y otras formas de información no basada en texto.
La importancia de la calidad y la diversidad de los datos para los resultados de la IA se ha estudiado en profundidad. Sin embargo, los datos adecuados para el propósito no suelen estar fácilmente disponibles para proyectos específicos. A fin de mejorar el uso de la IA para la investigación en una amplia gama de aplicaciones científicas, los investigadores demandan conjuntos de datos de mejor calidad y más especializados, orientados a la aplicación prevista del modelo. De este modo, se ha reforzado ya la investigación en readaptación de fármacos y se ha facilitado el diseño de fármacos asistido por ordenador. Entre los enfoques que se aplican para reducir la disparidad de la calidad de los datos y mejorar los resultados de las aplicaciones de IA se incluyen:
- El desarrollo de conjuntos de datos personalizados para entrenar la IA, como el que están utilizando el MIT y Toyota para entrenar vehículos autónomos.
- Sistemas de IA compuestos que aprovechan más fuentes de datos y reducen las «alucinaciones» y los resultados inexactos.
- Un enfoque de «mezcla de expertos» que entrena múltiples submodelos más pequeños en tareas específicas en lugar de utilizar un modelo grande.
- Uso de datos sintéticos generados por otros modelos de IA para entrenar nuevos modelos cuando no hay suficientes datos del mundo real.
La innovación en la ciencia de los materiales refuerza el progreso en la lucha contra el cambio climático
En virtud del Acuerdo de París, muchos países se han comprometido a reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero para 2030 con el objetivo de alcanzar la neutralidad de carbono para 2050. Una serie de innovaciones científicas está permitiendo avanzar hacia ese objetivo; entre ellas, las nuevas tecnologías de la ciencia de los materiales que ofrecen nuevas formas de abordar los desafíos clave.
Las estructuras metal-orgánicas (MOF) son materiales cristalinos altamente porosos compuestos de jaulas moleculares formadas por iones metálicos coordinados con moléculas orgánicas. Estos materiales presentan una amplia diversidad de propiedades, como áreas de superficie elevadas, tamaños de poro ajustables y flexibilidad ante cambios de presión y temperatura, lo que los convierte en candidatos idóneos para el almacenamiento de gas, la separación de gases, el magnetismo, la catálisis y las aplicaciones eléctricas y ópticas. BASF es pionera en la producción de MOF a escala comercial para la captura de carbono debido a su excepcional área de superficie y propiedades ajustables, mientras que otras empresas no se quedan atrás.
A medida que el clima se calienta, el aire acondicionado energéticamente eficiente también será crucial, y los recubrimientos basados en MOF también están demostrando ser útiles para esa aplicación. Cuando se recubren las piezas del sistema de aire acondicionado con MOF, estos materiales extraen de manera eficiente la humedad del aire que pasa, reduciendo la energía de refrigeración necesaria hasta en un 40 %.
Las estructuras orgánicas covalentes (COF) también están mostrando un gran potencial en el almacenamiento de energía, la catálisis y la separación de gases. A diferencia de las estructuras metal-orgánicas, los COF son completamente orgánicos. Estas estructuras bidimensionales o tridimensionales también poseen una mayor estabilidad térmica y química en comparación con los MOF, y las investigaciones recientes demuestran que esta estabilidad permite a estos materiales operar de manera continua y purificar la atmósfera. Además, los COF han demostrado resultar eficaces en aplicaciones de control de la contaminación, como la detección y eliminación de compuestos perfluorados del agua potable.
Se espera que la investigación en la ciencia de los materiales desempeñe un papel cada vez más importante en las iniciativas de sostenibilidad durante los próximos años mediante el desarrollo de nuevos materiales con un menor impacto ambiental. Esperamos que esto se traduzca en una mayor innovación en tecnologías renovables y procesos que mitiguen los efectos de la contaminación, que mejoren la eficiencia energética y que repercutan en muchos otros objetivos de sostenibilidad.
Consulte más información sobre los avances en la ciencia de los materiales que influirán en la ciencia, la tecnología y la industria en 2025 y con posterioridad.
La edición molecular impulsa la innovación en el descubrimiento de medicamentos
Tradicionalmente, los químicos han confiado en un conjunto amplio pero limitado de reacciones conocidas para sintetizar moléculas orgánicas complejas. Sin embargo, los enfoques sintéticos emergentes están haciendo más accesibles nuevos andamios y formas moleculares, lo que podría catalizar una emocionante nueva ola de innovación en la química orgánica y medicinal.
La edición molecular es una técnica que permite la modificación precisa de la estructura de una molécula mediante la inserción, eliminación o intercambio de átomos en su andamio central. A diferencia del enfoque tradicional basado en construir nuevas moléculas grandes mediante el ensamblaje de partes más pequeñas a través de una serie de reacciones escalonadas, la edición molecular permite a los químicos crear nuevas moléculas al modificar con precisión las moléculas grandes existentes. Esto les permite crear nuevos compuestos de manera más eficiente y rentable y, al reducir el total de pasos sintéticos, disminuir el volumen de disolventes tóxicos y energía necesarios para muchas transformaciones.
El aspecto posiblemente más convincente de la edición molecular es su esperado impacto positivo en la innovación. Durante la última década se han debatido las causas y los remedios de una aparente "crisis de innovación" en la industria farmacéutica. Sin embargo, no hay duda de que multiplicar las vías a disposición de los químicos para alcanzar una estructura deseada es fundamental para aumentar el volumen y la diversidad de las estructuras moleculares que se consideran candidatas a fármacos, fertilizantes, materiales y muchas otras aplicaciones.
En combinación con las aplicaciones sintéticas emergentes basadas en la IA que ya están ayudando a los químicos a identificar y priorizar vías de síntesis, estos nuevos enfoques sintéticos podrían dar lugar a un incremento multifacético de la innovación química durante la próxima década.
Innovaciones en la gestión de residuos que impulsan la economía circular
La Perspectiva Mundial de la Gestión de Residuos de la ONU para 2024 estima que, sin un cambio radical, los costes anuales combinados de la gestión de residuos —incluidos los costes ocultos de la contaminación, la mala salud y el cambio climático— se duplicarán para 2050. Por ende, las nuevas tecnologías están fomentando el progreso hacia una economía circular donde la reutilización y el reciclaje asuman roles más prominentes:
- Además de los métodos de reciclaje tradicionales como la pirometalurgia y la hidrometalurgia, se están desarrollando nuevos métodos de reciclaje de baterías que reutilizan metales valiosos como el litio, el cobalto, el níquel, el aluminio, el hierro y el manganeso mediante métodos como la biolixiviación, el reciclaje directo y los procesos electrohidrometalúrgicos. Estos nuevos enfoques no solo evitan que las sustancias químicas peligrosas entren en el medioambiente, sino que además recuperan elementos valiosos, a menudo escasos, que se utilizan en muchas tecnologías populares.
- Las tecnologías de conversión de biomasa, como la carbonización hidrotérmica, se están empleando para convertir residuos en energía, transformando biomasa húmeda, desechos orgánicos y residuos agrícolas en hidrocarbón, un material rico en carbono que se usa para generar electricidad y acondicionar el suelo, y en biocarbón, un material que se utilizar para mejorar el suelo.
- Las bacterias devoradoras de plástico están mejorando la eficiencia del reciclaje de plásticos al regenerar monómeros a partir de residuos, impulsadas por el descubrimiento de la Ideonella sakaiensis 201-F6, una bacteria con las enzimas IsPETase y IsMHETase que descomponen el tereftalato de polietileno (PET) en sus dos monómeros ambientalmente benignos, etilenglicol y ácido tereftálico. Si esta tecnología puede escalarse, ayudará a mantenerse al día con la continua «adicción al plástico» del mundo.
Nuevos e innovadores esfuerzos como estos no solo compensan los costes de la eliminación de residuos, sino que además ofrecen mejores incentivos financieros a medida que las nuevas tecnologías se implementan. No pierda de vista las tecnologías capaces de recuperar o crear nuevos recursos valiosos a partir de los residuos. Fabricantes, productores de energía, gobiernos y empresas de gestión de residuos invierten en innovación destinada a abaratar la gestión de los residuos para mejorar la sostenibilidad y la rentabilidad de los procesos de fabricación.
La computación cuántica se vuelve práctica
Las Naciones Unidas han proclamado 2025 como el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas (IYQ). Aunque la tecnología de computación cuántica aún no se ha comercializado de modo general, avanza sin parar hacia aplicaciones prácticas en I+D científicos. Por ejemplo, Cleveland Clinic e IBM instalaron recientemente el primer ordenador cuántico del mundo dedicado a la investigación sanitaria y están comenzando a aplicar sus capacidades para abordar preguntas sobre el descubrimiento de fármacos que ni siquiera los superordenadores modernos podrían responder. Los investigadores están explorando cómo acelerará la computación cuántica el descubrimiento de fármacos al permitir simulaciones más complejas de los comportamientos de las moléculas y un modelado eficiente del plegamiento de proteínas. Esto brinda una oportunidad para que la computación cuántica genere un importante progreso en un corto período de tiempo a medida que se avanza en la implementación.
Más allá del desarrollo de fármacos, la computación cuántica podría resolver desafíos complejos en muchos otros campos. Por ejemplo, los investigadores agrícolas están probando aplicaciones en el cálculo de fertilizantes y la supervisión de campos que podrían optimizar el rendimiento de los cultivos para mejorar la producción de alimentos al tiempo que se minimizan los daños medioambientales. También se anticipa que la computación cuántica permitirá realizar previsiones meteorológicas más precisas al identificar patrones dentro del gran volumen de datos mundiales y evaluar más rápidamente múltiples escenarios dispares generados por diferentes modelos.
La reciente presentación del nuevo chip Willow de Google, así como el anuncio de Microsoft y Atom Computing de su intención de poner en venta ordenadores cuánticos en 2025 muestran lo rápido que avanza esta tecnología. Aunque no prevemos que domine el panorama tecnológico en los próximos años, dado que todavía quedan muchos desafíos a la hora de expandir esta tecnología, la computación cuántica se está erigiendo en un motor clave en varios campos.
La multiómica: la próxima revolución de las células individuales
La inversión en nuevas tecnologías de análisis de células individuales se ha disparado en los últimos años y ahora estas técnicas se están aplicando para obtener avances decisivos en la detección temprana de enfermedades, las pruebas de cribado prenatal, las pruebas de biomarcadores, las biopsias líquidas y el desarrollo de fármacos biológicos. El mercado de las tecnologías de análisis de células individuales relacionadas con la genómica, la transcriptómica y la proteómica se ha estimado en 4340 millones de USD en 2023 y se prevé que aumente a una tasa de crecimiento anual compuesto (TCAC) del 18,7 % de 2024 a 2030.
La nueva frontera que está ganando impulso en la investigación de células individuales es la multiómica. Al combinar múltiples técnicas de célula única, los enfoques multiómicos ofrecen una imagen más completa para investigadores y médicos:
- En términos de descubrimiento de fármacos, la multiómica puede contribuir a diseñar terapias y a avanzar en el desarrollo de vacunas, ya que la integración simultánea de varios métodos ómicos monomodales a nivel unicelular puede ayudarnos a comprender diversos procesos biológicos, vías y mecanismos de las enfermedades.
- La multiómica también se utiliza para establecer árboles de linaje celular, que permiten a los investigadores del cáncer estudiar los impactos de los efectos epigenéticos y las mutaciones genéticas simultáneamente a nivel de célula individual.
- En los modelos de pacientes con glioblastoma, la multiómica ha mostrado su potencial para mejorar la comprensión de la heterogeneidad intratumoral, orientado así las terapias específicas para cada paciente.
Más allá de la multiómica, la omniómica se esfuerza por integrar todos los datos ómicos para proporcionarnos una visión completa de la biología humana a nivel celular, revelando interacciones biológicas complejas y mecanismos de enfermedades con mayor precisión. Este enfoque tiene amplias aplicaciones en la innovación de fármacos y podría acelerar el desarrollo de terapias dirigidas. También tiene profundas implicaciones para mejorar la medicina de precisión, al proporcionar una comprensión más profunda de las diferentes células dentro de un tumor y cómo cambian con el tiempo, allanando así el camino para las estrategias terapéuticas personalizadas.
