Para uma visão mais recente sobre tópicos científicos em alta, veja nosso "Avanços científicos: tendências emergentes para acompanhar em 2026," incluindo detalhes sobre assuntos como células solares híbridas, alívio da dor sem opioides, tecnologias alternativas de baterias, infraestrutura autorreparável e muito mais.
Em todas as disciplinas e setores, descobertas científicas acontecem todos os dias, então como você pode se manter à frente das tendências emergentes em um cenário próspero? Na CAS, temos uma visão única dos recentes avanços científicos, das descobertas históricas nas quais eles se basearam e a experiência para navegar pelas oportunidades futuras. Em 2023, identificamos os principais avanços científicos, e 2024 tem ainda mais a oferecer. Novas tendências a serem observadas incluem a expansão acelerada da química verde, a validação clínica do CRISPR, a ascensão dos biomateriais e o progresso renovado no tratamento do que antes era intratável, desde o câncer até doenças neurodegenerativas.
Ouça o que os especialistas da CAS, do Lawrence Livermore National Lab e do Oak Ridge National Lab disseram sobre este tópico e assista à gravação do nosso webinar relacionado.
E veja nossa publicação "Tendências para acompanhar em 2025" para obter os insights mais recentes sobre oportunidades emergentes em pesquisa e inovação.
A ascensão da IA em P&D
Embora o futuro da IA sempre tenha sido voltado para o amanhã, a revolução da IA na química e na descoberta de medicamentos ainda não foi totalmente concretizada. Embora tenha havido alguns contratempos de grande repercussão, vários avanços devem ser acompanhados de perto à medida que o campo continua a evoluir. A IA generativa está causando impacto na descoberta de medicamentos, o aprendizado de máquina está sendo mais utilizado em pesquisas ambientais, e grandes modelos de linguagem como o ChatGPT estão sendo testados em aplicações de saúde e ambientes clínicos.
Muitos cientistas estão de olho no AlphaFold, o software de previsão de estrutura de proteínas da DeepMind que revolucionou a forma como as proteínas são compreendidas. A DeepMind e a Isomorphic Labs anunciaram recentemente como seu modelo mais recente apresenta maior precisão, pode gerar previsões para quase todas as moléculas no Protein Data Bank e expandir a cobertura para ligantes, ácidos nucleicos e modificações pós-traducionais. A descoberta de anticorpos terapêuticos impulsionada por IA também está ganhando popularidade, e plataformas como o mecanismo de descoberta de anticorpos da RubrYc Therapeutics ajudarão a promover a pesquisa nesta área.
Embora muitos vejam o desenvolvimento da IA com entusiasmo, preocupações sobre dados de treinamento precisos e acessíveis, equidade e viés, falta de supervisão regulatória, impacto na academia, pesquisa acadêmica e publicação, alucinações em grandes modelos de linguagem e até mesmo preocupações sobre ameaças de infodemia à saúde pública estão sendo discutidas. No entanto, a melhoria contínua é inevitável com a IA, portanto, espere ver muitos novos desenvolvimentos e inovações ao longo de 2024.
Química verde "mais verde"
A química verde é um campo em rápida evolução que busca constantemente maneiras inovadoras de minimizar o impacto ambiental dos processos químicos. Aqui estão várias tendências emergentes que estão apresentando avanços significativos:
- Melhorando as previsões/resultados da química verde: Um dos maiores desafios na química verde é prever o impacto ambiental de novos produtos químicos e processos. Os pesquisadores estão desenvolvendo novas ferramentas e modelos computacionais que podem ajudar a prever esses impactos com maior precisão. Isso permitirá que os químicos projetem produtos químicos mais seguros e ecologicamente corretos.
- Redução de plásticos: Mais de 350 milhões de toneladas de resíduos plásticos são geradas todos os anos. Em todo o cenário de fabricantes, fornecedores e varejistas, reduzir o uso de plásticos de uso único e microplásticos é fundamental. Novas abordagens orientadas por valor de inovadores como a MiTerro, que reutilizam subprodutos industriais e resíduos de biomassa para substitutos de plástico mais baratos e ecológicos, logo serão expectativas do setor. Reduzir custos e pegadas plásticas será importante em toda a cadeia de suprimentos.
- Química alternativa de baterias: No espaço de baterias e armazenamento de energia, encontrar alternativas para os escassos ""elementos ameaçados" como lítio e cobalto será fundamental. Embora sejam componentes essenciais de muitas baterias, eles estão se tornando escassos e caros. Novos investimentos em baterias de fosfato de ferro-lítio (LFP) que não usam níquel e cobalto aumentaram, com 45% da participação no mercado de veículos elétricos projetada para LFP em 2029. Pesquisas contínuas estão previstas para mais desenvolvimento em materiais alternativos como sódio, ferro e magnésio, que são mais abundantes, menos caros e mais sustentáveis.
- Catalisadores mais sustentáveis: Os catalisadores aceleram uma reação química ou diminuem a energia necessária sem serem consumidos. Metais nobres são excelentes catalisadores; no entanto, são caros e sua mineração causa danos ambientais. Mesmo catalisadores de metais não nobres também podem ser tóxicos devido à contaminação e desafios com seu descarte. Catalisadores sustentáveis são feitos de elementos abundantes na Terra que também são naturalmente não tóxicos. Nos últimos anos, tem havido um foco crescente no desenvolvimento de catalisadores sustentáveis que sejam mais ecológicos e menos dependentes de metais preciosos. Novos desenvolvimentos com catalisadores, seus papéis e impacto ambiental impulsionarão um progresso significativo na redução das pegadas de carbono.
- Reciclagem de baterias de íon-lítio: A reciclagem de íon-lítio tem visto investimentos crescentes, com mais de 800 patentes já publicadas em 2023. O uso de eletrólitos sólidos ou eletrólitos líquidos não inflamáveis pode melhorar a segurança e a durabilidade das baterias de íon-lítio e reduzir o uso de materiais. Finalmente, um método para fabricar eletrodos sem solventes poderia reduzir o uso de solventes obsoletos, como a N-metilpirrolidona, que exigem reciclagem e manuseio cuidadoso para evitar emissões.
Ascensão dos biomateriais
Novos materiais para aplicações biomédicas podem revolucionar muitos segmentos da saúde em 2024. Um exemplo são os materiais bioeletrônicos, que formam interfaces entre dispositivos eletrônicos e o corpo humano, como o sistema de interface cérebro-computador que está sendo desenvolvido pela Neuralink. Este sistema, que utiliza uma rede de eletrodos biocompatíveis implantados diretamente no cérebro, recebeu aprovação da FDA para iniciar testes em humanos em 2023.
- Materiais bioeletrônicos: são frequentemente híbridos ou compostos, incorporando materiais em nanoescala, polímeros condutores altamente projetados e substâncias biorreabsorvíveis. Dispositivos desenvolvidos recentemente podem ser implantados, usados temporariamente e, em seguida, reabsorvidos com segurança pelo corpo sem a necessidade de remoção. Isso foi demonstrado por um receptor de energia sem fio com sensor integrado totalmente biorreabsorvível, feito de zinco e do polímero biodegradável ácido polilático.
- Biomateriais naturais: que são biocompatíveis e derivados naturalmente (como quitosana, nanomateriais de celulose e seda) são usados para criar biomateriais multifuncionais avançados em 2023. Por exemplo, projetaram um implante cerebral de hidrogel injetável para o tratamento da doença de Parkinson, baseado em ligações cruzadas reversíveis formadas entre quitosana, ácido tânico e nanopartículas de ouro.
- Bioinks: são usados para impressão 3D de órgãos e desenvolvimento de transplantes, o que pode revolucionar o atendimento ao paciente. Atualmente, esses modelos são usados para estudar a arquitetura de órgãos, como modelos de coração impresso em 3D para distúrbios cardíacos e modelos de pulmão impresso em 3D para testar a eficácia de medicamentos. Bioinks especializados melhoram a qualidade, a eficácia e a versatilidade de órgãos, estruturas e resultados impressos em 3D. Por fim, novas abordagens como a manufatura aditiva volumétrica (VAM) de bioinks puros à base de seda estão abrindo novas fronteiras de inovação para a impressão 3D.
À Lua e além
O programa global Artemis é um programa internacional de exploração espacial liderado pela NASA que visa levar a primeira mulher e a primeira pessoa negra à Lua até 2025, como parte do objetivo de longo prazo de estabelecer uma presença humana sustentável no satélite. Além disso, a missão da NASA chamada Europa Clipper, com lançamento previsto para 2024, orbitará Júpiter e passará por Europa, uma das luas de Júpiter, para estudar a presença de água e sua habitabilidade. A missão da China, Chang’e 6, planeja trazer amostras da Lua de volta à Terra para estudos adicionais. A missão de Exploração das Luas Marcianas (MMX) da JAXA, do Japão, planeja trazer amostras de Fobos, uma das luas de Marte. Espera-se também que a Boeing realize um voo de teste de sua cápsula espacial reutilizável Starliner, que pode levar pessoas à órbita terrestre baixa.
O impacto de P&D do Artemis se estende a mais campos do que apenas a engenharia aeroespacial, no entanto:
- Robótica: Os robôs desempenharão um papel fundamental no programa Artemis, realizando muitas tarefas, como coletar amostras, construir infraestrutura e conduzir pesquisas científicas. Isso impulsionará o desenvolvimento de novas tecnologias robóticas, incluindo sistemas autônomos e manipuladores ágeis.
- Medicina espacial: O programa Artemis exigirá o desenvolvimento de novas tecnologias para proteger os astronautas dos perigos das viagens espaciais, como a exposição à radiação e a microgravidade. Isso incluirá descobertas científicas em diagnósticos médicos, terapêutica e contramedidas.
- Ciência da Terra: O programa Artemis oferecerá uma oportunidade única de estudar a Lua e seu ambiente. Isso levará a novas percepções sobre a história, a geologia e o clima da Terra.
- Ciência dos materiais: O ambiente espacial extremo exigirá novos materiais que sejam leves, duráveis e resistentes à radiação. Isso terá aplicações em muitos setores, incluindo aeroespacial, construção e energia.
- Tecnologia da informação: O programa Artemis gerará uma enorme quantidade de dados, que precisarão ser processados, analisados e compartilhados em tempo real. Isso impulsionará o desenvolvimento de novas tecnologias de TI, como computação em nuvem, inteligência artificial e aprendizado de máquina.
O retorno do CRISPR
Após anos de pesquisa, contratempos e progresso mínimo, a primeira evidência formal do CRISPR como uma tecnologia de plataforma terapêutica na clínica foi concretizada. A Intellia Therapeutics recebeu autorização da FDA para iniciar um ensaio clínico fundamental de fase 3 de um novo medicamento para o tratamento de hATTR e, usando o mesmo mRNA de Cas9, obteve um novo medicamento para tratar uma doença diferente, o angioedema. Isso foi alcançado alterando apenas 20 nucleotídeos do RNA guia, sugerindo que o CRISPR pode ser usado como uma tecnologia de plataforma terapêutica na clínica.
O segundo grande momento para a tecnologia de desenvolvimento de medicamentos CRISPR ocorreu quando a Vertex e a CRISPR Therapeutics anunciaram a autorização da primeira terapia de edição genética CRISPR/Cas9, CASGEVY™, pela MHRA do Reino Unido, para o tratamento da doença falciforme e da beta-talassemia dependente de transfusão. Esta foi a primeira aprovação de uma terapia baseada em CRISPR para uso humano e é um marco na concretização do potencial do CRISPR para melhorar a saúde humana.
Além de sua notável capacidade de edição do genoma, o sistema CRISPR-Cas provou ser eficaz em muitas aplicações, incluindo o diagnóstico precoce de câncer. A engenharia de genoma e transcriptoma baseada em CRISPR e o CRISPR-Cas12a e CRISPR-Cas13a parecem ter as características necessárias para serem ferramentas de detecção robustas para terapia e diagnóstico de câncer. O sistema de biossensor baseado em CRISPR-Cas dá início a uma nova era para diagnósticos precisos de cânceres em estágio inicial.
Engenheiros do MIT também projetaram um novo nanossensor codificado por DNA em nanopartículas para biomarcadores urinários que poderia permitir diagnósticos precoces de câncer com um simples exame de urina. Os sensores, que podem detectar proteínas cancerígenas, também podem distinguir o tipo de tumor ou como ele responde ao tratamento.
Acabando com o câncer
O campo da imuno-oncologia teve um crescimento tremendo nos últimos anos. Produtos aprovados, como citocinas, vacinas, anticorpos monoclonais direcionados a tumores e bloqueadores de pontos de verificação imunológicos, continuam a aumentar em tamanho de mercado. Terapias inovadoras como a TAC01-HER2 estão atualmente passando por ensaios clínicos. Esta terapia exclusiva usa células T autólogas, que foram geneticamente modificadas para incorporar receptores de Acoplador de Antígeno de Célula T (TAC) que reconhecem a presença do receptor 2 do fator de crescimento epidérmico humano (HER2) nas células tumorais para removê-las. Esta pode ser uma terapia promissora para tumores sólidos metastáticos HER2-positivos.
Outra estratégia promissora visa usar as células CAR-T contra tumores sólidos em conjunto com uma vacina que estimula a resposta imunológica. O estímulo imunológico ajuda o corpo a criar mais células T hospedeiras que podem atingir outros antígenos tumorais que as células CAR-T não conseguem eliminar.
Outra tendência notável é o desenvolvimento de terapias personalizadas aprimoradas e eficazes. Por exemplo, uma vacina personalizada de neoantígeno de RNA, baseada em nanopartículas de lipoplexo de mRNA de uridina, mostrou-se eficaz contra o adenocarcinoma ductal pancreático (PDAC). Os principais desafios na imuno-oncologia são a resistência à terapia, a falta de biomarcadores previsíveis e a heterogeneidade tumoral. Como resultado, a criação de novas estratégias de tratamento pode ser um foco de pesquisa futura.
Descarbonizando a energia
Vários esforços bem financiados estão em andamento para descarbonizar a produção de energia, substituindo fontes de energia baseadas em combustíveis fósseis por fontes que não geram (ou geram muito menos) CO2 em 2024.
Um desses esforços é incorporar dispositivos de armazenamento de energia em larga escala à rede elétrica existente. Eles são uma parte importante para permitir o uso de fontes renováveis, pois fornecem oferta e demanda adicionais de eletricidade para complementar as fontes renováveis. Vários tipos de armazenamento em escala de rede que variam na quantidade de energia que podem armazenar e na rapidez com que podem descarregá-la na rede estão em desenvolvimento. Alguns são físicos (volantes de inércia, hidrelétricas reversíveis e ar comprimido) e outros são químicos (baterias tradicionais, baterias de fluxo, supercapacitores e hidrogênio), mas todos são objeto de pesquisa ativa em química e desenvolvimento de materiais. O governo dos EUA está incentivando o desenvolvimento nesta área por meio de créditos fiscais como parte da Lei de Redução da Inflação e de um programa de US$ 7 bilhões para estabelecer polos regionais de hidrogênio.
Enquanto isso, a energia nuclear continuará sendo uma área ativa de P&D em 2024. Na fissão nuclear, várias empresas estão desenvolvendo pequenos reatores modulares (SMRs) para uso na produção de eletricidade e fabricação química, incluindo hidrogênio. O desenvolvimento de reatores de fusão nuclear envolve pesquisa fundamental em física e ciência dos materiais. Um grande desafio é encontrar um material que possa ser usado para a parede do reator voltada para o plasma de fusão; até agora, os materiais candidatos incluíram ligas de alta entropia e até metais fundidos.
Doenças neurodegenerativas
As doenças neurodegenerativas são uma grande preocupação de saúde pública, sendo uma causa principal de morte e incapacidade em todo o mundo. Embora atualmente não exista cura para nenhuma doença neurodegenerativa, novas descobertas científicas e a compreensão dessas vias podem ser a chave para ajudar nos resultados dos pacientes.
- Doença de Alzheimer: Dois imunoterápicos receberam aprovação da FDA para reduzir o declínio cognitivo e funcional em pessoas que vivem com Alzheimer em estágio inicial. Aducanumabe (Aduhelm®) recebeu aprovação acelerada em 2021, sendo o primeiro novo tratamento aprovado para Alzheimer desde 2003 e a primeira terapia a visar a fisiopatologia da doença, reduzindo placas de beta-amiloide no cérebro de pacientes com Alzheimer inicial. Lecanemabe (Leqembi®) recebeu aprovação tradicional em 2023 e é o primeiro medicamento a visar a fisiopatologia da doença de Alzheimer a demonstrar benefícios clínicos, reduzindo a taxa de progressão da doença e retardando o declínio cognitivo e funcional em adultos com estágios iniciais da doença.
- Doença de Parkinson: Novas modalidades de tratamento, além de fármacos e estimulação cerebral profunda, estão sendo pesquisadas e aprovadas pela FDA para o tratamento dos sintomas da doença de Parkinson. O dispositivo médico não invasivo, Exablate Neuro (aprovado pela FDA em 2021), utiliza ultrassom focado em um lado do cérebro para proporcionar alívio de sintomas graves, como tremores, rigidez nos membros e discinesia. 2023 trouxe grandes novidades para a pesquisa da doença de Parkinson com a validação do biomarcador alfa-sinucleína. Pesquisadores desenvolveram uma ferramenta chamada ensaio de amplificação de sementes de α-sinucleína que detecta o biomarcador no líquido espinhal de pessoas diagnosticadas com Parkinson e indivíduos que ainda não apresentaram sintomas clínicos.
- Esclerose lateral amiotrófica (ELA): Dois fármacos receberam aprovação da FDA nos últimos dois anos para retardar a progressão da doença em indivíduos com ELA. Relyvrio® foi aprovado em 2022 e atua prevenindo ou retardando a morte de mais células neuronais em pacientes com ELA. Tofersen (Qalsody®), um oligonucleotídeo antissenso, foi aprovado em 2023 por meio da via de aprovação acelerada. O tofersen visa o RNA produzido a partir de genes mutados da superóxido dismutase 1 (SOD1) para eliminar a produção da proteína tóxica SOD1. Recentemente, pesquisas genéticas publicadas sobre como as mutações contribuem para a ELA continuam, com pesquisadores descobrindo recentemente como as mutações no gene NEK1 levam à ELA. Essa descoberta sugere uma possível abordagem terapêutica racional para estabilizar microtúbulos em pacientes com ELA.
