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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Gli scienziati inventano un nuovo modo per ordinare le cellule per tipo utilizzando la luce

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I ricercatori hanno sviluppato e dimostrato un nuovo metodo per lo smistamento di singole cellule ad alto rendimento che utilizza la spettroscopia Raman stimolata anziché l’approccio tradizionale dello smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza. Il nuovo approccio potrebbe offrire un modo non distruttivo e privo di etichette per classificare le cellule per una varietà di applicazioni, tra cui la microbiologia, il rilevamento del cancro e la terapia cellulare.

Jing Zhang della Boston University presenterà questa ricerca al Frontiers in Optics + Laser Science (FiO LS), che si terrà dal 9 al 12 ottobre 2023 presso il Greater Tacoma Convention Center a Tacoma (Greater Seattle Area), Washington.

“Il nostro approccio (espulsione cellulare attivata da Raman stimolata, S-RACE) offre un modo innovativo per ordinare le cellule in base alla loro composizione chimica intracellulare in modo ad alto rendimento”, spiega Zhang. “Varie analisi fenotipiche e/o genomiche a valle potrebbero essere applicate alle popolazioni cellulari separate. Inoltre, la sua compatibilità con le piccole cellule è vantaggiosa per la selezione di batteri e altri microrganismi. Ad esempio, impiegando S-RACE, agenti patogeni o cellule che presentano profili metabolici specifici potrebbero essere catturati direttamente dal loro habitat naturale, ad esempio corpi idrici, suolo o tratto gastrointestinale. Il successivo sequenziamento consente attività come l’identificazione della tassonomia cellulare e la valutazione della funzione ecologica.”

La citometria a flusso viene utilizzata in molti campi biomedici per contare e caratterizzare rapidamente vari tipi di cellule, tra cui cellule del sangue, cellule staminali, cellule tumorali e microrganismi. L’ordinamento delle cellule in base alla loro dimensione, granularità o espressione della superficie cellulare e delle molecole intracellulari può essere utilizzato per ottenere informazioni dettagliate sui processi biologici o per separare le cellule con determinate caratteristiche per ulteriori analisi.

Sebbene la maggior parte degli attuali metodi di smistamento cellulare ad alto rendimento si basino su segnali di fluorescenza per lo smistamento, le etichette fluorescenti possono disturbare la funzione cellulare e non possono essere utilizzate con piccole molecole. La spettroscopia Raman è un’alternativa promettente perché offre misurazioni di singole cellule senza etichetta e non distruttive ottenendo un’impronta chimica della cellula. Tuttavia, è stato difficile ottenere sia un forte segnale Raman che una pratica configurazione microfluidica per l’imaging delle cellule.

Nel nuovo lavoro, i ricercatori descrivono come hanno superato questa sfida utilizzando la spettroscopia Raman stimolata, che produce un segnale di diversi ordini di grandezza superiore rispetto allo scattering Raman spontaneo più comunemente usato. Per lo smistamento, vengono acquisite immagini Raman stimolate per identificare oggetti o cellule di interesse, quindi gli specchi galvo 2D puntano un laser pulsato da 532 nm verso la cellula. Infine, un modulatore acusto-ottico viene utilizzato come raccoglitore veloce di impulsi in modo che singoli impulsi laser possano essere utilizzati per spingere la cella selezionata nel collettore. Ogni espulsione dura solo circa 8 millisecondi.

I ricercatori hanno prima dimostrato il loro metodo di espulsione cellulare stimolata e attivata da Raman utilizzando una miscela di sfere polimeriche da 1 micron, ottenendo circa il 95% di purezza e il 98% di produttività con circa 14 espulsioni eseguite ogni secondo. Hanno anche dimostrato che il metodo potrebbe essere utilizzato con batteri fissati.

Per applicare il metodo di smistamento alle cellule di lievito vive, i ricercatori hanno aggiunto un sottile strato di agar al modulo di espulsione per proteggere le cellule dal calore e dall’essiccazione e hanno utilizzato una piastra di agar come raccoglitore per fornire maggiore ammortizzazione e umidità durante l’atterraggio delle cellule. I ricercatori hanno utilizzato il sistema per espellere circa 340 cellule di lievito e hanno osservato la crescita cellulare nel piatto ricevente dopo circa 40 ore. Hanno inoltre dimostrato che altri approcci di analisi genomica, come la reazione a catena della polimerasi quantitativa, potrebbero essere integrati con l’approccio di selezione.



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