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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Nuove intuizioni sulla diversità genetica e l’evoluzione dei nostri parenti più stretti e le cause genetiche delle malattie umane — ScienceDaily

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Ricercatori di 24 paesi hanno analizzato i genomi di 809 individui di 233 specie di primati, generando il catalogo più completo di informazioni genomiche sui nostri parenti più stretti fino ad oggi. Il progetto, che consiste in una serie di studi in cui sono stati coinvolti anche ricercatori del German Primate Center – Leibniz Institute for Primate Research (DPZ), fornisce nuove informazioni sull’evoluzione dei primati, inclusi gli esseri umani, e sulla loro diversità. Nei babbuini, ad esempio, l’ibridazione e il flusso genico tra specie diverse si sono verificati in passato ed è ancora in corso in diverse regioni del loro areale. Ciò rende i babbuini un buon modello per l’evoluzione dei primi lignaggi umani all’interno e all’esterno dell’Africa. Inoltre, utilizzando un algoritmo AI appositamente progettato, i dati genomici consentono nuove informazioni sulle cause genetiche delle malattie umane (Science, Special Issue).

I primati mostrano una grande diversità genetica che varia tra le specie e le regioni geografiche. “Studiare questa diversità è fondamentale anche per comprendere l’evoluzione umana, le cause delle malattie umane e per preservare i nostri parenti più stretti”, afferma Christian Roos, scienziato del Primate Genetics Laboratory del German Primate Center e uno degli autori. Sotto la guida di ricercatori dell’Universitat Pompeu Fabra, Spagna, del Baylor College of Medicine, USA, e di Illumina Inc, USA, sono stati sequenziati i genomi di 809 individui di 233 specie di primati. Ciò copre quasi la metà delle specie di primati esistenti e quadruplica il numero di genomi di primati disponibili.

Nuove intuizioni sull’evoluzione dei primati e l’unicità degli esseri umani

Le analisi comparative forniscono informazioni fondamentali sulla diversità genetica e sulla storia evolutiva dei primati e importanti approfondimenti su ciò che distingue gli esseri umani dagli altri primati. I dati genomici hanno dimezzato il numero di varianti genomiche che si pensa si verifichino esclusivamente negli esseri umani. “Questo rende più facile cercare mutazioni che non condividiamo con altri primati e che potrebbero quindi essere la base per i tratti che ci rendono umani”, afferma Dietmar Zinner, scienziato del Cognitive Ethology Laboratory del German Primate Center e anche uno degli autori. Uno degli studi esamina più da vicino l’evoluzione dei babbuini e scopre che ci sono stati diversi episodi precedentemente sconosciuti di ibridazione e flusso genico tra le specie di babbuino. “Abbiamo scoperto che i babbuini della Tanzania occidentale sono i primi primati non umani ad aver ricevuto input da tre linee genetiche”, ha detto Liye Zhang, una studentessa di dottorato presso il German Primate Center e uno degli autori principali dello studio sui babbuini. “Questi risultati suggeriscono che la struttura genetica della popolazione di babbuini e la sua storia di scambio genetico tra specie è più complessa di quanto si pensasse in precedenza e mostrano che i babbuini costituiscono un buon modello per processi simili nell’evoluzione dei primi lignaggi umani dentro e fuori l’Africa”. dice Dietmar Zinner.

Conservazione delle specie con l’aiuto dei dati del genoma

L’elevata diversità genetica consente alle specie di adattarsi meglio alle mutevoli condizioni ambientali e ai patogeni. Soprattutto nelle piccole popolazioni, c’è il rischio di consanguineità e quindi una riduzione della diversità genetica. Già il 63 per cento di tutte le specie di primati è minacciato di estinzione e l’analisi della diversità genetica fornisce informazioni su quali specie hanno più urgente bisogno di essere protette, almeno dal punto di vista genetico. “Abbiamo trovato una diversità genetica particolarmente bassa nella scimmia dal naso camuso dorato della Cina e nell’aye-aye in Madagascar”, afferma Christian Roos.

Mutazioni rare possono aumentare il rischio di malattia

Uno dei limiti della genetica umana e clinica è che attualmente non è possibile identificare tra centinaia di migliaia di mutazioni quelle che causano la malattia. Ad oggi, le cause genetiche di molte malattie comuni, come il diabete e le malattie cardiache, sono sconosciute, a causa della mancanza di informazioni genetiche o del gran numero di fattori genetici e di altro tipo coinvolti. Confrontando i genomi dei primati, sono state ora identificate 4,3 milioni di mutazioni che possono alterare la funzione delle proteine ​​e quindi portare a malattie negli esseri umani. Il sei percento delle 4,3 milioni di mutazioni identificate sono, tuttavia, comuni nei primati e sono quindi considerate potenzialmente avere un impatto limitato sulla malattia umana perché sono tollerate in questi animali. Grazie all’algoritmo di apprendimento profondo PrimateAI-3D sviluppato da Illumina Inc, ora è possibile identificare meglio le mutazioni che causano malattie. “È una specie di ChatGPT per la genetica che utilizza le sequenze del genoma invece del linguaggio umano”, spiega Kyle Farh, vicedirettore del gruppo AI di Illumina Inc, leader globale nel sequenziamento del DNA.



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