Para obtener una visión más reciente de los temas científicos de actualidad, consulte nuestro artículo "Avances científicos: tendencias emergentes a seguir en 2026," que incluye detalles sobre temas como células solares híbridas, alivio del dolor sin opioides, tecnologías de baterías alternativas, infraestructura autorreparable y más.
A través de diversas disciplinas e industrias, los descubrimientos científicos ocurren a diario, así que, ¿cómo puede mantenerse a la vanguardia de las tendencias emergentes en un panorama en auge? En CAS, tenemos una visión única de los avances científicos recientes, los descubrimientos históricos sobre los que se construyeron y la experiencia necesaria para navegar por las oportunidades futuras. En 2023, identificamos los principales avances científicos, y 2024 tiene aún más que ofrecer. Las nuevas tendencias a seguir incluyen la expansión acelerada de la química verde, la validación clínica de CRISPR, el auge de los biomateriales y el progreso renovado en el tratamiento de enfermedades antes consideradas intratables, desde el cáncer hasta las enfermedades neurodegenerativas.
Escuche lo que los expertos de CAS, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge comentaron sobre este tema y vea la grabación de nuestro seminario web relacionado.
Y consulte nuestra publicación "Tendencias a seguir en 2025" para obtener las últimas perspectivas sobre las oportunidades emergentes en investigación e innovación.
El ascenso de la IA en I+D
Aunque el futuro de la IA siempre ha sido prometedor, la revolución de la IA en la química y el descubrimiento de fármacos aún no se ha materializado por completo. A pesar de algunos contratiempos de gran repercusión, conviene seguir de cerca varios avances a medida que el campo continúa evolucionando. La IA generativa está teniendo un impacto en el descubrimiento de fármacos, el aprendizaje automático se utiliza cada vez más en la investigación medioambiental y los modelos de lenguaje extenso como ChatGPT se están probando en aplicaciones de atención sanitaria y entornos clínicos.
Muchos científicos siguen de cerca AlphaFold, el software de predicción de estructuras proteicas de DeepMind que revolucionó la comprensión de las proteínas. DeepMind e Isomorphic Labs han anunciado recientemente cómo su último modelo muestra una mayor precisión, puede generar predicciones para casi todas las moléculas del Protein Data Bank y ampliar la cobertura a ligandos, ácidos nucleicos y modificaciones postraduccionales. El descubrimiento de anticuerpos terapéuticos impulsado por IA también está ganando popularidad, y plataformas como el motor de descubrimiento de anticuerpos de RubrYc Therapeutics ayudarán a avanzar en la investigación en esta área.
Aunque muchos observan el desarrollo de la IA con entusiasmo, se están debatiendo preocupaciones sobre datos de entrenamiento precisos y accesibles, equidad y sesgos, falta de supervisión regulatoria, impacto en el ámbito académico, la investigación científica y la publicación, alucinaciones en modelos de lenguaje extenso e incluso preocupaciones sobre amenazas de infodemia a la salud pública. Sin embargo, la mejora continua es inevitable con la IA, por lo que cabe esperar muchos nuevos desarrollos e innovaciones a lo largo de 2024.
Una química verde «más verde»
La química verde es un campo en rápida evolución que busca constantemente formas innovadoras de minimizar el impacto medioambiental de los procesos químicos. Estas son algunas de las tendencias emergentes que están experimentando avances significativos:
- Mejora de las predicciones/resultados de la química verde: Uno de los mayores retos de la química verde es predecir el impacto medioambiental de los nuevos productos químicos y procesos. Los investigadores están desarrollando nuevas herramientas y modelos computacionales que pueden ayudar a predecir estos impactos con mayor precisión. Esto permitirá a los químicos diseñar productos químicos más seguros y respetuosos con el medio ambiente.
- Reducción de plásticos: Cada año se generan más de 350 millones de toneladas de residuos plásticos. En todo el panorama de fabricantes, proveedores y minoristas, es fundamental reducir el uso de plásticos de un solo uso y microplásticos. Los nuevos enfoques basados en el valor de innovadores como MiTerro, que reutilizan subproductos industriales y residuos de biomasa para obtener sustitutos del plástico más ecológicos y económicos, pronto serán una expectativa del sector. Reducir los costes y la huella de plástico será importante en toda la cadena de suministro.
- Química de baterías alternativa: En el espacio de las baterías y el almacenamiento de energía, será fundamental encontrar alternativas a los escasos "elementos en peligro" como el litio y el cobalto. Aunque son componentes esenciales de muchas baterías, se están volviendo escasos y caros. Las nuevas inversiones en baterías de litio-ferrofosfato (LFP) que no utilizan níquel ni cobalto se han expandido, y se prevé que el LFP alcance el 45% de la cuota de mercado de vehículos eléctricos en 2029. Se prevé que continúe la investigación para un mayor desarrollo de materiales alternativos como el sodio, el hierro y el magnesio, que son más abundantes, menos costosos y más sostenibles.
- Catalizadores más sostenibles: Los catalizadores aceleran una reacción química o disminuyen la energía necesaria sin consumirse. Los metales nobles son excelentes catalizadores; sin embargo, son caros y su extracción causa daños medioambientales. Incluso los catalizadores de metales no nobles también pueden ser tóxicos debido a la contaminación y a los problemas de eliminación. Los catalizadores sostenibles están hechos de elementos abundantes en la tierra que también son no tóxicos por naturaleza. En los últimos años, ha crecido el interés por desarrollar catalizadores sostenibles que sean más respetuosos con el medio ambiente y dependan menos de los metales preciosos. Los nuevos desarrollos con catalizadores, sus funciones y su impacto medioambiental impulsarán un progreso significativo en la reducción de la huella de carbono.
- Reciclaje de baterías de iones de litio: El reciclaje de iones de litio ha experimentado un aumento de las inversiones, con más de 800 patentes publicadas ya en 2023. El uso de electrolitos sólidos o electrolitos líquidos no inflamables puede mejorar la seguridad y durabilidad de las baterías de iones de litio y reducir el uso de materiales. Por último, un método para fabricar electrodos sin disolventes podría reducir el uso de disolventes obsoletos como la N-metilpirrolidona, que requieren reciclaje y una manipulación cuidadosa para evitar emisiones.
Auge de los biomateriales
Los nuevos materiales para aplicaciones biomédicas podrían revolucionar muchos segmentos de la atención sanitaria en 2024. Un ejemplo son los materiales bioelectrónicos, que forman interfaces entre dispositivos electrónicos y el cuerpo humano, como el sistema de interfaz cerebro-computadora que está desarrollando Neuralink. Este sistema, que utiliza una red de electrodos biocompatibles implantados directamente en el cerebro, recibió la aprobación de la FDA para comenzar los ensayos en humanos en 2023.
- Materiales bioelectrónicos: suelen ser híbridos o compuestos que incorporan materiales a nanoescala, polímeros conductores altamente avanzados y sustancias biorreabsorbibles. Los dispositivos desarrollados recientemente pueden implantarse, utilizarse temporalmente y, posteriormente, ser reabsorbidos de forma segura por el organismo sin necesidad de extracción. Esto se ha demostrado con un receptor de energía inalámbrico y sensor combinado totalmente biorreabsorbible, fabricado a partir de zinc y el polímero biodegradable ácido poliláctico.
- Biomateriales naturales: que son biocompatibles y de origen natural (como el quitosano, los nanomateriales de celulosa y la seda) se utilizan en 2023 para crear biomateriales multifuncionales avanzados. Por ejemplo, se ha diseñado un implante cerebral de hidrogel inyectable para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, basado en enlaces cruzados reversibles formados entre quitosano, ácido tánico y nanopartículas de oro.
- Bioimpresión (bioinks): se utilizan para la impresión 3D de órganos y el desarrollo de trasplantes, lo que podría revolucionar la atención al paciente. Actualmente, estos modelos se emplean para estudiar la arquitectura de órganos, como modelos de corazón impreso en 3D para trastornos cardíacos y modelos de pulmón impreso en 3D para probar la eficacia de fármacos. Las biotintas especializadas mejoran la calidad, la eficacia y la versatilidad de los órganos, estructuras y resultados impresos en 3D. Por último, nuevos enfoques como la fabricación aditiva volumétrica (VAM) de biotintas a base de seda pura están abriendo nuevas fronteras de innovación para la impresión 3D.
Hacia la Luna y más allá
El programa global Artemis es una iniciativa internacional de exploración espacial liderada por la NASA que tiene como objetivo llevar a la primera mujer y a la primera persona de color a la Luna para 2025, como parte de un objetivo a largo plazo de establecer una presencia humana sostenible en nuestro satélite. Además, la misión de la NASA denominada Europa Clipper, cuyo lanzamiento está previsto para 2024, orbitará alrededor de Júpiter y sobrevolará Europa, una de las lunas de Júpiter, para estudiar la presencia de agua y su habitabilidad. La misión china, Chang’e 6, planea traer muestras lunares a la Tierra para su estudio. La misión de exploración de las lunas marcianas (MMX) de la JAXA japonesa tiene previsto traer muestras de Fobos, una de las lunas de Marte. También se espera que Boeing realice un vuelo de prueba de su cápsula espacial reutilizable Starliner, capaz de transportar personas a la órbita terrestre baja.
Sin embargo, el impacto en I+D de Artemis se extiende a más campos que la simple ingeniería aeroespacial:
- Robótica: Los robots desempeñarán un papel fundamental en el programa Artemis, realizando numerosas tareas como la recolección de muestras, la construcción de infraestructuras y la investigación científica. Esto impulsará el desarrollo de nuevas tecnologías robóticas, incluidos sistemas autónomos y manipuladores diestros.
- Medicina espacial: El programa Artemis requerirá el desarrollo de nuevas tecnologías para proteger a los astronautas de los peligros de los viajes espaciales, como la exposición a la radiación y la microgravedad. Esto incluirá descubrimientos científicos en diagnósticos médicos, terapias y contramedidas.
- Ciencias de la Tierra: El programa Artemis brindará una oportunidad única para estudiar la Luna y su entorno. Esto conducirá a nuevos conocimientos sobre la historia, la geología y el clima de la Tierra.
- Ciencia de materiales: El entorno espacial extremo exigirá nuevos materiales que sean ligeros, duraderos y resistentes a la radiación. Esto tendrá aplicaciones en muchas industrias, incluidas la aeroespacial, la construcción y la energía.
- Tecnologías de la información: El programa Artemis generará una enorme cantidad de datos que deberán procesarse, analizarse y compartirse en tiempo real. Esto impulsará el desarrollo de nuevas tecnologías informáticas, como la computación en la nube, la inteligencia artificial y el aprendizaje automático.
La rentabilidad de CRISPR
Tras años de investigación, contratiempos y un progreso mínimo, se ha obtenido la primera evidencia formal de CRISPR como plataforma tecnológica terapéutica en el ámbito clínico. Intellia Therapeutics recibió la autorización de la FDA para iniciar un ensayo clínico fundamental de fase 3 de un nuevo fármaco para el tratamiento de la hATTR y, utilizando el mismo ARNm de Cas9, obtuvo un nuevo medicamento para tratar otra enfermedad, el angioedema. Esto se logró cambiando únicamente 20 nucleótidos del ARN guía, lo que sugiere que CRISPR puede utilizarse como plataforma tecnológica terapéutica en la clínica.
El segundo gran momento para la tecnología de desarrollo de fármacos CRISPR llegó cuando Vertex y CRISPR Therapeutics anunciaron la autorización de la primera terapia de edición genética CRISPR/Cas9, CASGEVY™, por parte de la MHRA del Reino Unido, para el tratamiento de la enfermedad de células falciformes y la beta-talasemia dependiente de transfusiones. Esta fue la primera aprobación de una terapia basada en CRISPR para uso humano y constituye un hito en la materialización del potencial de CRISPR para mejorar la salud humana.
Además de su notable capacidad de edición del genoma, el sistema CRISPR-Cas ha demostrado ser eficaz en muchas aplicaciones, incluido el diagnóstico precoz del cáncer. La ingeniería del genoma y del transcriptoma basada en CRISPR, así como CRISPR-Cas12a y CRISPR-Cas13a, parecen poseer las características necesarias para ser herramientas de detección robustas en la terapia y el diagnóstico del cáncer. El sistema de biosensores basado en CRISPR-Cas da lugar a una nueva era para el diagnóstico preciso de cánceres en estadios tempranos.
Los ingenieros del MIT también han diseñado un nuevo nanosensor codificado por ADN con nanopartículas para biomarcadores urinarios que podría permitir el diagnóstico precoz del cáncer mediante un sencillo análisis de orina. Los sensores, capaces de detectar proteínas cancerosas, también podrían distinguir el tipo de tumor o cómo responde al tratamiento.
Acabar con el cáncer
El campo de la inmuno-oncología ha experimentado un crecimiento tremendo en los últimos años. Productos aprobados como citoquinas, vacunas, anticuerpos monoclonales dirigidos a tumores y bloqueadores de puntos de control inmunitario siguen aumentando su cuota de mercado. Terapias novedosas como TAC01-HER2 se encuentran actualmente en ensayos clínicos. Esta terapia única utiliza células T autólogas, que han sido modificadas genéticamente para incorporar receptores de acoplamiento de antígenos de células T (TAC) que reconocen la presencia del receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (HER2) en las células tumorales para eliminarlas. Podría ser una terapia prometedora para tumores sólidos metastásicos HER2-positivos.
Otra estrategia prometedora tiene como objetivo utilizar células CAR-T contra tumores sólidos junto con una vacuna que potencia la respuesta inmunitaria. El refuerzo inmunitario ayuda al organismo a crear más células T anfitrionas que pueden atacar otros antígenos tumorales que las células CAR-T no pueden eliminar.
Otra tendencia notable es el desarrollo de terapias personalizadas mejoradas y eficaces. Por ejemplo, una vacuna personalizada de neoantígenos de ARN, basada en nanopartículas de lipoplex de ARNm de uridina, resultó eficaz contra el adenocarcinoma ductal pancreático (ADCP). Los principales desafíos en inmuno-oncología son la resistencia a la terapia, la falta de biomarcadores predecibles y la heterogeneidad tumoral. Como resultado, el diseño de nuevas estrategias de tratamiento podría ser un futuro foco de investigación.
Descarbonización de la energía
Existen múltiples iniciativas bien financiadas en marcha para descarbonizar la producción de energía mediante la sustitución de fuentes basadas en combustibles fósiles por fuentes que no generen (o generen mucho menos) CO2 en 2024.
Uno de estos esfuerzos consiste en incorporar dispositivos de almacenamiento de energía a gran escala en la red eléctrica existente. Estos son una parte importante para permitir el uso de fuentes renovables, ya que proporcionan oferta y demanda adicional de electricidad para complementar dichas fuentes. Se están desarrollando varios tipos de almacenamiento a escala de red que varían en la cantidad de energía que pueden almacenar y la rapidez con la que pueden descargarla en la red. Algunos son físicos (volantes de inercia, hidroeléctrica por bombeo y aire comprimido) y otros son químicos (baterías tradicionales, baterías de flujo, supercondensadores e hidrógeno), pero todos son objeto de una activa investigación en química y desarrollo de materiales. El gobierno de EE. UU. está fomentando el desarrollo en esta área mediante créditos fiscales como parte de la Ley de Reducción de la Inflación y un programa de 7000 millones de dólares para establecer centros regionales de hidrógeno.
Mientras tanto, la energía nuclear seguirá siendo un área activa de I+D en 2024. En la fisión nuclear, varias empresas están desarrollando pequeños reactores modulares (SMR, por sus siglas en inglés) para su uso en la producción de electricidad y la fabricación química, incluido el hidrógeno. El desarrollo de reactores de fusión nuclear implica una investigación fundamental en física y ciencia de materiales. Un desafío importante es encontrar un material que pueda utilizarse para la pared del reactor que está en contacto con el plasma de fusión; hasta ahora, los materiales candidatos han incluido aleaciones de alta entropía e incluso metales fundidos.
Enfermedades neurodegenerativas
Las enfermedades neurodegenerativas son un importante problema de salud pública, siendo una causa principal de muerte y discapacidad en todo el mundo. Aunque actualmente no existe cura para ninguna enfermedad neurodegenerativa, los nuevos descubrimientos científicos y la comprensión de estas vías podrían ser la clave para mejorar los resultados de los pacientes.
- Enfermedad de Alzheimer: Dos inmunoterapias han recibido la aprobación de la FDA para reducir el deterioro cognitivo y funcional en personas con Alzheimer en fase inicial. Aducannumab (Aduhelm®) obtuvo la aprobación acelerada en 2021, siendo el primer tratamiento nuevo aprobado para el Alzheimer desde 2003 y la primera terapia dirigida a la fisiopatología de la enfermedad, al reducir las placas de beta-amiloide en el cerebro de pacientes en fases tempranas. Lecanemab (Leqembi®) recibió la aprobación tradicional en 2023 y es el primer fármaco dirigido a la fisiopatología del Alzheimer que demuestra beneficios clínicos, reduciendo la tasa de progresión de la enfermedad y ralentizando el deterioro cognitivo y funcional en adultos con estadios iniciales.
- Enfermedad de Parkinson: Se están investigando y aprobando nuevas modalidades de tratamiento más allá de los fármacos y la estimulación cerebral profunda. El dispositivo médico no invasivo Exablate Neuro (aprobado por la FDA en 2021) utiliza ultrasonido focalizado en un lado del cerebro para aliviar síntomas graves como temblores, rigidez en las extremidades y discinesia. 2023 trajo avances importantes con la validación del biomarcador alfa-sinucleína. Los investigadores han desarrollado el ensayo de amplificación de siembra de α-sinucleína, que detecta este biomarcador en el líquido cefalorraquídeo de personas diagnosticadas con Parkinson y de individuos que aún no presentan síntomas clínicos.
- Esclerosis lateral amiotrófica (ELA): Dos fármacos han recibido la aprobación de la FDA en los últimos dos años para ralentizar la progresión de la ELA. Relyvrio® fue aprobado en 2022 y actúa previniendo o ralentizando la muerte de neuronas en pacientes con ELA. Tofersen (Qalsody®), un oligonucleótido antisentido, fue aprobado en 2023 mediante la vía de aprobación acelerada. Tofersen se dirige al ARN producido por genes mutados de superóxido dismutasa 1 (SOD1) para eliminar la producción de la proteína tóxica SOD1. Recientemente, se han publicado investigaciones genéticas sobre cómo las mutaciones contribuyen a la ELA, descubriendo cómo las mutaciones del gen NEK1 conducen a esta enfermedad. Este hallazgo sugiere un posible enfoque terapéutico racional para estabilizar los microtúbulos en pacientes con ELA.
