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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notizieAmbienteUn approccio di apprendimento automatico all'analisi dell'acqua dolce -- ScienceDaily

Un approccio di apprendimento automatico all’analisi dell’acqua dolce — ScienceDaily

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Un team di ricercatori della Syracuse University e della Texas A&M University ha applicato un modello di apprendimento automatico per esplorare dove e in che misura le attività umane stanno contribuendo ai cambiamenti idrogeochimici, come l’aumento della salinità e dell’alcalinità nei fiumi degli Stati Uniti. Il gruppo ha utilizzato i dati di 226 siti di monitoraggio fluviale negli Stati Uniti e ha creato due modelli di apprendimento automatico per prevedere i livelli mensili di salinità e alcalinità in ciascun sito.

Dalla protezione della biodiversità alla sicurezza dell’acqua potabile, la composizione biochimica di fiumi e corsi d’acqua negli Stati Uniti è fondamentale per il benessere umano e ambientale. Gli studi hanno scoperto che l’attività umana e l’urbanizzazione stanno guidando la salinizzazione (aumento del contenuto di sale) delle fonti di acqua dolce in tutto il paese. In eccesso, la salinità può rendere l’acqua imbevibile, aumentare il costo del trattamento dell’acqua e danneggiare i pesci d’acqua dolce e la fauna selvatica.

Insieme all’aumento della salinità c’è stato anche un aumento dell’alcalinità nel tempo e ricerche passate suggeriscono che la salinizzazione può migliorare l’alcalinizzazione. Ma a differenza dell’eccesso di salinità, l’alcalinizzazione può avere un impatto positivo sull’ambiente grazie alla sua capacità di neutralizzare l’acidità dell’acqua e assorbire l’anidride carbonica nell’atmosfera terrestre, una componente chiave per combattere il cambiamento climatico. Pertanto, la comprensione dei processi in gioco che influenzano la salinità e l’alcalinità ha importanti implicazioni per l’ambiente e la salute.

Un team di ricercatori della Syracuse University e della Texas A&M University ha applicato un modello di apprendimento automatico per esplorare dove e in che misura le attività umane stanno contribuendo ai cambiamenti idrogeochimici, come l’aumento della salinità e dell’alcalinità nei fiumi degli Stati Uniti.

Il gruppo ha utilizzato i dati di 226 siti di monitoraggio fluviale negli Stati Uniti e ha creato due modelli di apprendimento automatico per prevedere i livelli mensili di salinità e alcalinità in ciascun sito. Questi siti sono stati selezionati perché le misurazioni continue della qualità dell’acqua a lungo termine sono state registrate per almeno 30 anni. Dagli ambienti urbani a quelli rurali, il modello ha esplorato una vasta gamma di bacini idrografici, ovvero aree in cui tutte le acque superficiali che scorrono convergono in un unico punto, come un fiume o un lago. Ha valutato 32 fattori di spartiacque che vanno dall’idrologia, al clima, alla geologia, alla chimica del suolo, all’uso del suolo e alla copertura del suolo per individuare i fattori che contribuiscono all’aumento della salinità e dell’alcalinità. I modelli del team hanno determinato che le attività umane contribuiscono maggiormente alla salinità dei fiumi statunitensi, mentre l’aumento dell’alcalinità è stato principalmente attribuito più ai processi naturali che alle attività umane.

Il team, che comprendeva i ricercatori della Syracuse University Tao Wen, assistente professore presso il Dipartimento di scienze della terra e dell’ambiente (EES) del College of Arts and Sciences, Beibei E, uno studente laureato in EES, Charles T. Driscoll, professore universitario di sistemi ambientali e Distinguished Professor presso il College of Engineering and Computer Science, e Shuang Zhang, assistente professore di Texas A&M, hanno recentemente pubblicato i loro risultati sulla rivista Scienza dell’ambiente totale.

Cosa sta guidando la salinizzazione e l’alcalinizzazione?

I risultati del modello di previsione del sodio del gruppo, che ha rilevato attività umane come l’applicazione del sale stradale come i principali contributi alla salinità dei fiumi degli Stati Uniti, erano coerenti con gli studi precedenti. Questo modello ha rivelato in particolare la densità della popolazione e la percentuale di superficie impermeabile (superfici artificiali come le strade) come i due fattori più importanti che contribuiscono all’aumento del contenuto di sale nei fiumi degli Stati Uniti.

Secondo Wen, l’accuratezza del modello di salinità ha fornito un’importante prova di concetto per il gruppo di ricerca.

“Per quanto riguarda le cause della salinità nei fiumi, i risultati del nostro modello di apprendimento automatico corrispondevano a quelli di studi precedenti incentrati sull’osservazione sul campo, sul lavoro di laboratorio e sull’analisi statistica”, afferma Wen. “Questo ha dimostrato che il nostro approccio stava funzionando”.

Con i risultati sulla salinità che confermano l’accuratezza del modello del team, hanno poi rivolto la loro attenzione all’alcalinità. Il loro modello ha identificato i processi naturali come contributo predominante alla variazione dell’alcalinità del fiume, in contrasto con la ricerca precedente che ha identificato le attività umane come il principale contributo all’alcalinizzazione (Kaushal et al., 2018). Hanno scoperto che le condizioni climatiche e idrogeologiche locali, tra cui il deflusso, i sedimenti, il pH del suolo e l’umidità, erano le caratteristiche che maggiormente influenzavano l’alcalinità del fiume.

Fondamentale per il ciclo del carbonio

Le loro scoperte hanno importanti implicazioni ambientali e climatiche poiché l’alcalinità nei fiumi costituisce un collegamento vitale nel ciclo del carbonio. Considera il movimento del carbonio durante un temporale. Quando piove, l’anidride carbonica dell’atmosfera si combina con l’acqua per formare acido carbonico. Quando l’acido carbonico raggiunge il suolo ed entra in contatto con alcune rocce, innesca una reazione chimica che estrae l’anidride carbonica gassosa dall’atmosfera e la trasporta nell’oceano attraverso sistemi idrici terrestri come laghi e fiumi. Conosciuto come alterazione delle rocce, questo processo naturale erode continuamente le rocce e sequestra la CO2 atmosferica per milioni di anni. È anche un regolatore chiave dei gas serra che contribuiscono al riscaldamento globale.

“L’erosione delle rocce è la principale fonte di alcalinità nelle acque naturali ed è uno dei modi principali per abbattere l’anidride carbonica nell’aria”, afferma Wen. Pensalo come un ciclo di feedback: quando c’è troppa anidride carbonica nell’atmosfera, le temperature aumentano portando a un aumento degli agenti atmosferici delle rocce. Con più roccia che viene dissolta nei bacini idrografici a causa dell’aumento degli agenti atmosferici della roccia, l’alcalinità aumenta e, a sua volta, abbassa l’anidride carbonica.

“L’alcalinità è una componente fondamentale del ciclo del carbonio”, afferma Wen. “Anche se abbiamo scoperto che i processi naturali sono i principali motori dell’alcalinizzazione, questi fattori naturali possono ancora essere modificati dall’uomo. Possiamo alterare il livello di alcalinità nei fiumi cambiando i parametri naturali, quindi dobbiamo investire di più per ripristinare le condizioni naturali di spartiacque e affrontare il riscaldamento globale e i cambiamenti climatici per affrontare l’alcalinizzazione nei fiumi degli Stati Uniti”.

I risultati dello studio del team possono aiutare a informare la ricerca futura sugli sforzi potenziati di erosione delle rocce, dove le rocce vengono macinate e sparse nei campi. Distribuendo la polvere di roccia su vaste aree, aumenta la quantità di contatto tra pioggia e roccia, il che migliora la rimozione del carbonio dall’atmosfera. Wen afferma che il modello del team può aiutare a rispondere a domande sull’evoluzione delle condizioni naturali in diverse regioni, un passo importante necessario per implementare in modo più efficace l’alterazione delle rocce.

Il lavoro è stato finanziato attraverso una sovvenzione della National Science Foundation di $ 460.000 assegnata a Wen.



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