I ricercatori hanno sviluppato nanoparticelle in grado di penetrare nella retina neurale e fornire mRNA alle cellule dei fotorecettori il cui corretto funzionamento rende possibile la visione.

Gli scienziati dell’Oregon State University College of Pharmacy hanno dimostrato in modelli animali la possibilità di utilizzare nanoparticelle lipidiche e RNA messaggero, la tecnologia alla base dei vaccini COVID-19, per trattare la cecità associata a una rara condizione genetica.

Lo studio è stato pubblicato oggi (11 gennaio 2023) sulla rivista I progressi della scienza. È stato guidato dal professore associato di scienze farmaceutiche dell’OSU Gaurav Sahay, dallo studente di dottorato dell’Oregon State Marco Herrera-Barrera e dall’assistente professore di oftalmologia dell’Oregon Health & Science University Renee Ryals.

Gli scienziati hanno superato quella che era stata la principale limitazione dell’utilizzo di nanoparticelle lipidiche, o LNP, per trasportare materiale genetico ai fini della terapia della vista, facendole raggiungere la parte posteriore dell’occhio, dove si trova la retina.

I lipidi sono acidi grassi e composti organici simili tra cui molti oli e cere naturali. Le nanoparticelle sono minuscoli pezzi di materiale di dimensioni variabili da uno a 100 miliardesimi di metro. L’RNA messaggero fornisce istruzioni alle cellule per produrre una particolare proteina.

Con i vaccini contro il coronavirus, l’mRNA trasportato dagli LNP istruisce le cellule a creare un pezzo innocuo della proteina spike del virus, che innesca una risposta immunitaria dal corpo. Come terapia per la compromissione della vista derivante dalla degenerazione retinica ereditaria, o IRD, l’mRNA istruirebbe le cellule dei fotorecettori – difettose a causa di una mutazione genetica – a produrre le proteine ​​necessarie per la vista.

L’IRD comprende un gruppo di disturbi di varia gravità e prevalenza che colpiscono una persona su poche migliaia in tutto il mondo.

Gli scienziati hanno dimostrato, in una ricerca che ha coinvolto topi e primati non umani, che gli LNP dotati di peptidi erano in grado di passare attraverso le barriere negli occhi e raggiungere la retina neurale, dove la luce viene trasformata in segnali elettrici che il cervello converte in immagini.

“Abbiamo identificato un nuovo set di peptidi che possono raggiungere la parte posteriore dell’occhio”, ha detto Sahay. “Abbiamo usato questi peptidi per agire come codici postali per consegnare nanoparticelle che trasportano materiali genetici all’indirizzo previsto all’interno dell’occhio”.

“I peptidi che abbiamo scoperto possono essere usati come ligandi mirati direttamente coniugati a RNA silenzianti, piccole molecole per terapie o come sonde di imaging”, ha aggiunto Herrera-Barrera.

Sahay e Ryals hanno ricevuto una sovvenzione di 3,2 milioni di dollari dal National Eye Institute per continuare a studiare la promessa delle nanoparticelle lipidiche nel trattamento della cecità ereditaria. Condurranno la ricerca sull’uso degli LNP per fornire uno strumento di editing genetico che potrebbe eliminare i geni cattivi nelle cellule dei fotorecettori e sostituirli con geni correttamente funzionanti.

La ricerca mira a sviluppare soluzioni per le limitazioni associate all’attuale principale mezzo di consegna per l’editing genetico: un tipo di virus noto come virus adeno-associato o AAV.

“L’AAV ha una capacità di confezionamento limitata rispetto agli LNP e può provocare una risposta del sistema immunitario”, ha affermato Sahay. “Inoltre, non funziona in modo fantastico nel continuare a esprimere gli enzimi che lo strumento di modifica utilizza come forbici molecolari per eseguire tagli nel DNA da modificare. Speriamo di utilizzare ciò che abbiamo appreso finora sugli LNP per sviluppare un sistema di consegna dell’editor di geni migliorato”.

Riferimento: “Le nanoparticelle lipidiche guidate da peptidi forniscono mRNA alla retina neurale di roditori e primati non umani” 11 gennaio 2023, I progressi della scienza.
DOI: 10.1126/sciadv.add4623

Lo studio LNP guidato dai peptidi è stato finanziato dal National Institutes of Health. Hanno partecipato alla ricerca per l’Oregon State anche i docenti del College of Pharmacy Oleh Taratula e Conroy Sun, i ricercatori post-dottorato Milan Gautam e Mohit Gupta, gli studenti di dottorato Antony Jozic e Madeleine Landry, l’assistente di ricerca Chris Acosta e lo studente universitario Nick Jacomino, uno studente di bioingegneria al College di Ingegneria che si è laureata nel 2020.

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La libertà di perdere il segno ottimale apre una vasta gamma di nuovi design nel tempo — ScienceDaily

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Gli scienziati sono spesso addestrati a cercare la soluzione migliore in assoluto a un dato problema. Su una lavagna, questo potrebbe assomigliare a disegnare un grafico per trovare il punto minimo o massimo di una funzione. Quando si progetta un motore a turbogetto, potrebbe significare modificare leggermente gli angoli delle pale del rotore per ottenere un aumento dell’efficienza di un decimo di punto percentuale.

Adrian Bejan, JA Jones Distinguished Professor of Mechanical Engineering presso la Duke University, era impegnato a dimostrare il primo a una classe piena di studenti quando un pensiero lo colpì: non è così che funziona la natura. L’evoluzione è una sequenza di modifiche al design che avvengono da sole in una direzione riconoscibile; non si sposa mai con un singolo punto su un tavolo da disegno. Un sistema o un animale in evoluzione è libero di seguire semplicemente ciò che funziona. Non tanto che le sue prestazioni ne risentano molto, ma abbastanza da aprire l’accesso ad altre opzioni vicine al cosiddetto design ottimale.

Con la scienza che spesso guarda alla natura per trovare indizi per risolvere le sfide, Bejan si chiedeva se potesse guardare nella direzione opposta, per prevedere la natura prima di guardarla. Se i risolutori di problemi e i costruttori fossero liberi di perdere il punteggio più alto in assoluto, quanto maggiore potrebbe essere la gamma di progetti che considerano plausibili?

Questa è la domanda che Bejan pone in un nuovo articolo pubblicato online il 16 maggio sulla rivista Biosystems. Usando due esempi relativamente semplici – passerelle che traghettano i passeggeri giù da un treno e un uccello che sbatte le ali – scopre che la risposta è “abbastanza”.

“Nell’ingegneria, nel design, nel teatro, nell’architettura o persino nell’organizzazione di questa università, qualsiasi forma di design beneficia della capacità di prendere decisioni buone ma imperfette e della libertà di andare avanti e contemplare altre opportunità di miglioramento”, ha affermato Bejan. “Se si è sposati con l’idea del meglio in assoluto, non verrà mai creato nulla di nuovo.”

Nel documento, Bejan esamina innanzitutto l’esempio di passeggeri che arrivano in treno e attraversano una stanza con molti punti di uscita. Con l’area totale della stanza che rimane costante ma la lunghezza e la larghezza della stanza libere di cambiare, risolve la forma ottimale della stanza per portare tutti i passeggeri dove stanno andando più velocemente. Con le equazioni di soluzione in mano, mostra che fornire anche solo l’1% di margine di manovra per l’imperfezione rispetto alle migliori prestazioni apre lo spazio di progettazione del 28%.

Nel suo secondo esempio, Bejan osserva il movimento svolazzante degli uccelli a quota e velocità quasi costanti. Considerando le varie forze coinvolte – resistenza durante la planata, portanza creata dalle dimensioni dell’ala, velocità e dimensioni del corpo, tra le altre – formula un’equazione per il ritmo delle ali necessario per mantenere una velocità costante con il minimo sforzo. Sebbene esista una risposta ottimale, Bejan mostra ancora una volta che consentire solo l’1% di imperfezione al di sopra dello sforzo minimo teorico apre lo spazio di progettazione del 20%.

Bejan afferma di aver scelto questi esempi perché comportavano la modifica di una singola variabile, un singolo grado di libertà: la forma di una stanza o il ritmo del battito di un’ala. In esempi più complessi che coinvolgono molte variabili, queste minuscole tolleranze per l’imperfezione creano una gamma ancora più ampia di soluzioni “abbastanza buone”.

La lezione appresa è che la scienza ora ha un’idea predittiva di come funziona la natura. Concentrandosi meno sulla ricerca di progetti ottimali assoluti, i ricercatori possono sfruttare la libertà di spostarsi in modo iterativo verso concetti di design completamente nuovi che altrimenti non sarebbero stati alla loro vista. Offre inoltre a progetti, metodi e interi campi di studio la capacità di adattarsi a un mondo che cambia.

“La dottrina di inseguire il miglior design non è utile”, ha detto Bejan. “L’insegnamento della scienza dovrebbe andare di pari passo con la libertà di tirare, colpire vicino al segno e andare avanti. L’obiettivo finale non è solo quello di colpire un bersaglio, ma di tenere più frecce nella faretra per continuare a scattare foto per un lungo periodo di tempo.”

Questo lavoro è stato supportato da una sovvenzione di CaptiveAire Systems.



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