Descobertas científicas importantes: tendências emergentes de 2025 para ficar de olho

O ano de 2024 testemunhou muitos avanços científicos notáveis, e o progresso não mostra sinais de desaceleração. Na CAS, estamos constantemente atentos às pesquisas mais recentes, e identificamos oito tendências principais que podem impulsionar grandes descobertas científicas importantes em 2025. Os desenvolvimentos recentes nessas áreas abrangem diversos assuntos, como IA em pesquisa, medicina de precisão e nova tecnologia de baterias. Juntos, eles têm a possibilidade de melhorar nossa saúde, nosso meio ambiente e as oportunidades para empresas e empreendedores aproveitarem melhor novas pesquisas e tecnologias.  

Você também pode assistir à gravação do nosso painel de especialistas da CAS, da University of California, Berkeley, do Oak Ridge National Laboratory e do POLARISqb discutindo essas tendências e áreas relacionadas com as quais eles estão mais entusiasmados em se envolver em 2025.

A linha de produtos terapêuticos CRISPR está ganhando impulso

As tecnologias de ponta de edição de genes, particularmente o CRISPR, estão revolucionando o cenário da descoberta de medicamentos. O Casgevy foi a primeira terapia aprovada pela FDA dos EUA que foi desenvolvida usando a tecnologia de edição de genes CRISPR-Cas9, e muitas novas terapias baseadas em CRISPR, direcionadas a uma ampla gama de doenças, entraram em pipelines de descoberta de medicamentos e ensaios clínicos desde então.

O rápido desenvolvimento da edição de bases, da edição prime e até mesmo da modulação epigenética baseada em CRISPR impulsionou o CRISPR para a vanguarda da descoberta de medicamentos, com possíveis aplicações em oncologia, distúrbios genéticos, infecções virais e doenças autoimunes. A correção de mutações, o silenciamento de genes prejudiciais ou a introdução de alterações protetoras nas células representam uma mudança de paradigma do gerenciamento de sintomas para terapias com potencial curativo para os pacientes.

Alguns exemplos de como o CRISPR está melhorando as abordagens terapêuticas incluem:  

• Eliminação de genes que inibem a função das células T ou aumentam a sua capacidade de atingir as células cancerosas, resultando em terapias CAR-T mais potentes e menos tóxicas.
• Adição de interruptores de segurança controláveis que podem interromper e reverter as terapias celulares CAR-T com base nas respostas genéticas individuais.  
• Identificação de genes e proteínas em células cancerígenas, revelando novos alvos para PROTACs.  

Por si só, a versatilidade do CRISPR como ferramenta de edição de genes permite a correção e o silenciamento de genes, o que tem potencial para tratamentos curativos de doenças monogênicas e infecções virais. No entanto, é a natureza complementar dessas tecnologias (CRISPR, CAR-T e PROTACs) que é mais empolgante, permitindo a descoberta colaborativa de medicamentos entre várias tecnologias. Novas terapias que se baseiam na flexibilidade do CRISPR podem abordar aspectos anteriormente difíceis de alcançar da biologia das doenças e das necessidades dos pacientes, moldando um futuro em que abordagens combinadas resultarão em terapias mais eficazes.

Inovação em baterias de estado sólido impulsionando avanços de lítio

As baterias de íons de lítio (LIBs) são onipresentes nos veículos elétricos (EVs) atuais e em muitos produtos eletrônicos de consumo. Como resultado, novas pesquisas estão focadas no desenvolvimento da próxima geração de LIBs, mais adequadas a essas aplicações.  

As baterias de estado sólido são uma das tecnologias emergentes que estão ganhando força porque têm o potencial de resolver muitos dos problemas críticos que impedem a adoção de veículos elétricos. Quais são as vantagens dos eletrólitos sólidos em relação aos eletrólitos líquidos ou em gel comumente usados nas LIBs atuais?  

• Mais seguros e menos suscetível a incêndios
• Mais duráveis e capazes de ser descarregados muitas mais vezes
• Mais compactos, armazenando mais energia no mesmo volume e peso
• Mais rápidos para recarregar  
• Resistentes à degradação do desempenho em condições de clima frio

Apesar desses benefícios, alguns especialistas do setor permanecem céticos, observando que essa tecnologia ainda enfrenta obstáculos de custo, fabricação e validação de produção à medida que é testada em condições reais.  

De modo geral, os fabricantes de automóveis estão otimistas, como evidenciado pelo amplo crescimento dos investimentos do setor nessa tecnologia:

• A Honda revelou recentemente uma linha de produção de baterias EV totalmente de estado sólido, estimando que essas baterias serão 50% menores.
• A SAIC, uma das maiores montadoras chinesas, disse que iniciará a produção em massa de baterias de estado sólido de segunda geração em 2026.

• A Nissan também anunciou planos para lançar um EV com baterias de estado sólido até 2028.  

Considerando todo esse investimento, parece que o ponto de inflexão para as baterias de estado sólido pode estar no horizonte nos próximos anos. Além das aplicações em veículos, a tecnologia de baterias está sendo cuidadosamente observada em muitos setores, pois cada nova descoberta importante permite novas aplicações e possibilidades.

A qualidade dos dados está emergindo como um fator-chave para o sucesso da IA.

A IA continuará a dominar as notícias em 2025, mas, à medida que essas tecnologias são integradas a diversos setores, as discussões sobre a otimização dos resultados da IA estão mudando de algoritmos para dados.

Os dados são o combustível essencial para treinar e informar todas as aplicações de aprendizado de máquina. Grandes modelos de linguagem (LLMs), como o ChatGPT, continuam a apresentar limitações significativas quando utilizados em aplicações científicas e técnicas especializadas. Isso ocorre em parte porque essas ferramentas são limitadas em sua capacidade de processar estruturas químicas, dados tabulares, gráficos de conhecimento, séries temporais e outras formas de informações não textuais.

A importância da qualidade e diversidade dos dados para os resultados da IA foi amplamente estudada. No entanto, dados adequados para a finalidade frequentemente não estão facilmente disponíveis para projetos específicos. Para melhorar a IA para pesquisa em uma ampla gama de aplicações científicas, os pesquisadores estão exigindo conjuntos de dados de melhor qualidade e mais especializados, direcionados à aplicação pretendida do modelo.Isso já impulsionou a pesquisa de reaproveitamento de medicamentos e facilitou o projeto de medicamentos auxiliado por computador. As abordagens utilizadas para preencher a lacuna na qualidade dos dados e melhorar os resultados das aplicações de IA incluem:

• O desenvolvimento de conjuntos de dados personalizados para treinar IA, como o que está sendo usado pelo MIT e pela Toyota para treinar veículos autônomos.  ‍
• Sistemas de IA compostos, que utilizam mais fontes de dados e reduzem “alucinações” e resultados imprecisos.
• Uma abordagem de “mistura de especialistas”, que treina múltiplos submodelos menores em tarefas específicas, em vez de usar um único grande modelo. 
• Uso de dados sintéticos gerados por outros modelos de IA para treinar novos modelos quando não há dados suficientes do mundo real disponíveis.

Inovação em ciência dos materiais apoiando o progresso na ação climática

Sob o Acordo de Paris, muitos países se comprometeram a reduzir significativamente as emissões de gases de efeito estufa até 2030, com o objetivo de atingir as metas de zerar as emissões líquidas até 2050. Uma série de inovações científicas está possibilitando o progresso em direção a essa meta, incluindo novas tecnologias em ciência de materiais, que oferecem novas formas de enfrentar desafios importantes.  

Estruturas metalorgânicas (MOFs) são materiais cristalinos altamente porosos compostos de gaiolas moleculares formadas a partir de íons metálicos coordenados a moléculas orgânicas. Esses materiais exibem uma ampla diversidade de propriedades, como grandes áreas de superfície, tamanhos de poros ajustáveis e flexibilidade a mudanças de pressão e temperatura, tornando-os candidatos adequados para armazenamento de gás, separação de gás, magnetismo, catálise e aplicações elétricas e ópticas. A BASF está sendo pioneira na produção de MOFs em escala comercial para captura de carbono devido à sua excepcional área de superfície e propriedades ajustáveis, e outras empresas não estão muito atrás.  

À medida que o clima esquenta, o ar condicionado com eficiência energética também será fundamental, e os revestimentos à base de MOF também estão se mostrando úteis para essa aplicação. Quando revestidos em peças de ar condicionado, os MOFs extraíram com eficiência a umidade do ar que passa, reduzindo a energia de resfriamento necessária em até 40%.  

As estruturas orgânicas covalentes (COFs) também estão mostrando grande potencial em armazenamento de energia, catálise e separação de gases. Ao contrário das estruturas metalorgânicas, os COFs são completamente orgânicos. Essas estruturas bidimensionais ou tridimensionais também apresentam maior estabilidade térmica e química em comparação com os MOFs, e pesquisas recentes indicam que essa estabilidade permite que esses materiais operem continuamente e purifiquem a atmosfera. Os COFs também se mostraram eficazes em aplicações de controle de poluição, como detectar e remover compostos perfluorados da água potável.

Espera-se que a pesquisa em ciência dos materiais desempenhe um papel cada vez mais importante nas iniciativas de sustentabilidade nos próximos anos, por meio do desenvolvimento de novos materiais com menor impacto ambiental. Esperamos que isso resulte em uma inovação mais ampla em tecnologias e processos renováveis, que mitiguem os efeitos da poluição, melhorem a eficiência energética e impactem muitas outras metas de sustentabilidade.  

Edição molecular impulsionando a inovação na descoberta de medicamentos

Tradicionalmente, os químicos têm se baseado em um conjunto grande, mas limitado, de reações conhecidas para sintetizar moléculas orgânicas complexas. No entanto, abordagens sintéticas emergentes estão tornando novos arcabouços e formas moleculares mais acessíveis, podendo catalisar uma empolgante nova onda de inovação em química orgânica e medicinal.

A edição molecular é uma técnica que permite a modificação precisa da estrutura de uma molécula ao inserir, excluir ou trocar átomos dentro de seu arcabouço central. Diferentemente da abordagem tradicional de construir novas moléculas grandes montando partes menores por meio de uma série de reações em etapas, a edição molecular permite que os químicos criem novas moléculas ao modificar com precisão as moléculas grandes existentes. Isso os capacita a criar novos compostos de maneira mais eficiente e econômica e, ao reduzir o total de etapas sintéticas, diminuir o volume de solventes tóxicos e os requisitos de energia para muitas transformações.

Potencialmente, o aspecto mais atraente da edição molecular é seu impacto positivo previsto na inovação. As causas e soluções para uma percepção de “crise de inovação” na indústria farmacêutica foram debatidas na última década. No entanto, há poucas dúvidas de que multiplicar os caminhos que os químicos têm à disposição para alcançar uma estrutura desejada é fundamental para aumentar o volume e a diversidade de estruturas moleculares consideradas para candidatos a medicamentos, fertilizantes, materiais e muitas outras aplicações.  

Em combinação com aplicações sintéticas emergentes baseadas em IA, que já estão ajudando os químicos a identificar e priorizar as vias sintéticas, essas novas abordagens sintéticas podem impulsionar um aumento múltiplo na inovação química na próxima década.    

Inovações no gerenciamento de resíduos que impulsionam a economia circular

O Global Waste Management Outlook da ONU para 2024 estima que, sem uma mudança radical, os custos anuais combinados do gerenciamento de resíduos (incluindo os custos ocultos de poluição, saúde precária e mudanças climáticas) dobrarão até 2050. Assim, novas tecnologias estão impulsionando o progresso dentro de uma economia circular, onde a reutilização e a reciclagem desempenham papéis mais importantes:  

• Além dos métodos tradicionais de reciclagem, como a pirometalurgia e a hidrometalurgia, estão sendo desenvolvidos novos métodos de reciclagem de baterias que reutilizam metais valiosos, como lítio, cobalto, níquel, alumínio, ferro e manganês, com métodos como biolixiviação, reciclagem direta e processos eletro-hidrometalúrgicos. Essas novas abordagens não apenas impedem que produtos químicos perigosos ingressem no meio ambiente, mas também recuperam elementos valiosos, muitas vezes escassos, utilizados em muitas tecnologias populares.  
• Tecnologias de conversão de biomassa, como a carbonização hidrotérmica, estão sendo utilizadas para converter resíduos em energia, transformando biomassa úmida, resíduos orgânicos e resíduos agrícolas em hidrocarvão, um material rico em carbono usado na geração de eletricidade e no condicionamento do solo, e biocarvão, um material utilizado para a melhoria do solo.
• Bactérias comedoras de plástico estão melhorando a eficiência da reciclagem de plástico ao regenerar monômeros a partir de resíduos — estimuladas pela descoberta da Ideonella sakaiensis 201-F6, uma bactéria com as enzimas IsPETase e IsMHETase, que decompõem o tereftalato de polietileno (PET) em seus dois monômeros ambientalmente benignos, etilenoglicol e ácido tereftálico. Se essa tecnologia puder ser ampliada, ela ajudará a acompanhar o contínuo “vício mundial em plástico”.

Esforços novos e inovadores como estes não apenas compensam os custos de descarte de resíduos, mas também oferecem melhores incentivos financeiros à medida que novas tecnologias entram em operação. Fique atento às tecnologias que podem recuperar ou criar novos recursos valiosos a partir de resíduos, enquanto fabricantes, produtores de energia, governos e empresas de gerenciamento de resíduos investem em inovação para tornar a gestão de resíduos menos onerosa, aprimorar a sustentabilidade e aumentar a lucratividade dos processos de fabricação.

A computação quântica está se tornando prática 

A ONU proclamou 2025 como o Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica (IYQ). Embora a tecnologia de computação quântica ainda não seja amplamente comercializada, ela está avançando de forma constante em direção a aplicações no mundo real em P&D científico. Por exemplo, a Cleveland Clinic e a IBM instalaram recentemente o primeiro computador quântico do mundo dedicado à pesquisa em saúde e estão começando a aplicar suas capacidades para enfrentar questões de descoberta de medicamentos que nem mesmo os supercomputadores modernos poderiam responder. Os pesquisadores estão investigando como a computação quântica acelerará a descoberta de medicamentos, possibilitando simulações mais complexas dos comportamentos moleculares e modelagem eficiente do dobramento de proteínas. Isso cria uma oportunidade para a computação quântica acionar um progresso significativo em um curto período de tempo à medida que a implementação avança.  

Além do desenvolvimento de medicamentos, a computação quântica pode resolver desafios complexos em muitos outros campos. Por exemplo, pesquisadores da área agrícola estão testando aplicações em cálculos de fertilizantes e monitoramento de campo que podem otimizar o rendimento das colheitas para aumentar a produção de alimentos, minimizando, ao mesmo tempo, os danos ambientais. Também se prevê que a computação quântica permitirá previsões meteorológicas mais precisas, identificando padrões dentro do grande volume de dados globais e avaliando mais rapidamente múltiplos cenários díspares gerados por diferentes modelos.  

O recente lançamento do novo chip Willow pelo Google, bem como o anúncio da Microsoft e da Atom Computing de sua intenção de disponibilizar computadores quânticos para comercialização em 2025, mostram a rapidez com que essa tecnologia está avançando. Embora não antecipemos que ela domine o cenário tecnológico nos próximos anos (pois ainda há muitos desafios para escalar essa tecnologia), a computação quântica está emergindo como um fator-chave em vários campos.  

Omniômica: a próxima revolução de célula única.

O investimento em novas tecnologias de análise de célula única explodiu nos últimos anos, e essas técnicas agora estão sendo aplicadas para avançar o progresso crítico na detecção precoce de doenças, testes de triagem pré-natal, testes de biomarcadores, biópsias líquidas e desenvolvimento de medicamentos biológicos. O mercado de tecnologias de análise de célula única relacionadas à genômica, transcriptômica e proteômica foi estimado em US$ 4,34 bilhões em 2023 e tem projeção de crescer a um CAGR de 18,7% de 2024 a 2030.  

A próxima fronteira em ascensão na pesquisa de célula única é a multiômica. Ao combinar várias técnicas de célula única, as abordagens multiômicas fornecem um quadro mais completo para pesquisadores e clínicos:  

• Em termos de descoberta de medicamentos, a multiômica pode auxiliar no projeto de terapêuticas e no avanço do desenvolvimento de vacinas, pois a integração simultânea de vários métodos ômicos de modalidade única no nível de uma única célula pode nos ajudar a compreender vários processos biológicos, vias e mecanismos de doenças.  
• A multiômica também está sendo utilizada para estabelecer árvores de ligação celular, o que possibilita aos pesquisadores de câncer estudar os impactos dos efeitos epigenéticos e das mutações genéticas simultaneamente no nível de célula único.  
• Em modelos de pacientes com glioblastoma, a multiômica mostrou potencial para melhorar a compreensão da heterogeneidade intratumoral, informando, assim, terapias específicas para cada paciente.  

Além da multiômica, a omniômica busca integrar todos os dados ômicos para nos fornecer uma visão integrada da biologia humana em nível celular, revelando interações biológicas complexas e mecanismos de doenças com maior precisão. Essa abordagem tem amplas aplicações para a inovação de medicamentos e pode acelerar o desenvolvimento de terapias direcionadas. Ele também tem implicações profundas para o aprimoramento da medicina de precisão, proporcionando uma compreensão mais aprofundada das diferentes células dentro de um tumor e de como elas mudam ao longo do tempo, abrindo, assim, caminho para estratégias terapêuticas personalizadas.

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