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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Aggressività della colonia di api mellifere legata alle reti di regolazione genetica – ScienceDaily

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I comportamenti collettivi sono presenti in molti diversi gruppi di animali: banchi di pesci che nuotano insieme in uno schema vorticoso, grandi stormi di uccelli che migrano durante la notte, gruppi di api che coordinano il loro comportamento per difendere il loro alveare. Questi comportamenti sono comunemente osservati negli insetti sociali in cui lavorano insieme fino a migliaia di individui, spesso con ruoli distinti. Nelle api mellifere, il ruolo che un’ape svolge nella colonia cambia man mano che invecchiano. Le api più giovani svolgono compiti all’interno dell’alveare, come l’assistenza infermieristica e la costruzione della cera, mentre le api più anziane passano a ruoli al di fuori dell’alveare, cercando cibo (raccoglitrici) o difendendo la colonia (soldati).

Ciò che determina se le api più anziane diventano raccoglitrici o soldati è sconosciuto, ma un nuovo studio pubblicato su Natura Ecologia ed Evoluzione esplora i meccanismi genetici alla base del comportamento collettivo della difesa della colonia e come questi meccanismi si collegano all’aggressività complessiva della colonia.

“Le api da miele non hanno una divisione del lavoro basata sulle dimensioni, come potresti vedere nelle termiti o nelle formiche”, ha detto Ian Traniello, ex studente laureato presso l’Università dell’Illinois Urbana-Champaign, ora ricercatore associato presso la Princeton University e primo autore sullo studio. “Se chiedi a qualcuno per strada di indovinare quale formica è un soldato contro una raccoglitrice, probabilmente lo indovinerà giusto il 100% delle volte, perché i soldati sono enormi. Le api da miele hanno invece una divisione del lavoro basata sull’età, dove le api più anziane tendono ad essere raccoglitrici o soldati, entrambi ruoli pericolosi e potenzialmente letali”.

Uno studio di associazione sull’intero genoma condotto in precedenza su una sottospecie di ape mellifera a Porto Rico che si era evoluta per essere meno aggressiva negli ultimi anni, ha rivelato forti associazioni tra la variazione nella sequenza di alcuni geni e il livello di aggressività complessiva della colonia. I ricercatori hanno chiamato questi “geni dell’aggressività delle colonie”.

In questo studio, i ricercatori hanno confrontato l’espressione e la regolazione dei geni nel cervello di soldati e raccoglitori e tra colonie che variavano in termini di aggressività. I ricercatori hanno misurato l’aggressività della colonia contando il numero di punture sui cerotti di pelle scamosciata posizionati all’esterno degli alveari dopo un disturbo. Hanno identificato i soldati come le api che hanno attaccato le toppe e le bottinatrici come le api che sono tornate all’alveare con il polline. I ricercatori hanno quindi utilizzato la trascrittomica a singola cellula e l’analisi della rete di regolazione genica per confrontare i cervelli delle api bottinatrici e delle api soldato, da colonie a bassa e alta aggressività.

I ricercatori hanno scoperto che, sebbene ci fossero migliaia di geni nel cervello che differivano nella loro espressione tra soldati e raccoglitori, nessuno di loro faceva parte dell’elenco dei geni dell’aggressività della colonia. Tuttavia, quando hanno creato modelli di reti di regolazione dei geni cerebrali, che controllano quando e dove vengono espressi geni specifici, i ricercatori hanno scoperto che la struttura di queste reti differiva tra soldati e raccoglitori e le differenze erano maggiori quando i soldati e i raccoglitori provenivano da una colonia più aggressiva.

“Quello che pensiamo stia accadendo è che la regolazione dei geni associati al comportamento collettivo influisce sui meccanismi che sono alla base della divisione del lavoro”, ha spiegato Traniello. “Quindi, le colonie possono diventare più o meno aggressive influenzando il livello di aggressività degli individui all’interno di quella colonia. Fondamentalmente, un raccoglitore può avere più o meno probabilità di passare a uno stato simile a un soldato se l’ambiente lo richiede”.

I risultati evidenziano l’importanza della regolazione genica per la nostra comprensione della relazione tra geni e comportamento.

“Mentre alcuni studi hanno trovato potenziali differenze ereditabili tra soldati e raccoglitori, questo studio dimostra che le api mellifere più vecchie possono avere il potenziale per assumere entrambi i ruoli”, ha affermato Gene Robinson (GNDP), direttore dell’IGB e autore dell’articolo. “Nelle colonie più aggressive, probabilmente a causa dell’aumento del pericolo nell’ambiente, le api più anziane potrebbero essere più predisposte a diventare soldati per aiutare a difendere la colonia”.

I piani per le direzioni future includono lo sviluppo di test funzionali per esplorare il ruolo delle reti geniche identificate nello studio e per identificare spazialmente dove vengono espresse nel cervello. Traniello dice che non vede l’ora di esplorare queste nuove domande.

“Abbiamo tecnologie straordinarie per sondare i geni e il comportamento su una scala senza precedenti, sia con trascrittomica a cellula singola che, ora, spaziale”, ha affermato Traniello. “Questi ci danno nuovi mezzi per comprendere vecchie domande, come la relazione dall’individuo al collettivo, o la relazione tra genotipo e fenotipo. È emozionante poter prendere questi strumenti e applicarli in contesti naturalistici, e spero che questo lavoro ispiri altri fare lo stesso».



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