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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Apprendimento vocale legato alle capacità di problem solving e alle dimensioni del cervello

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Lo storno europeo vanta un repertorio notevole. Uccelli canori versatili che imparano gorgheggi, fischi, richiami e canzoni per tutta la vita, gli storni sono tra gli studenti vocali aviari più avanzati. Ora un nuovo studio pubblicato su Scienza scopre che gli storni, insieme ad altri studenti vocali complessi, sono anche ottimi risolutori di problemi.

“C’è un’ipotesi di lunga data secondo cui solo gli animali più intelligenti sono capaci di un apprendimento vocale complesso”, afferma Jean-Nicolas Audet, ricercatore associato nel laboratorio di Erich Jarvis alla Rockefeller University. “Se questo è vero, allora gli studenti che apprendono la voce complessa dovrebbero essere più bravi anche nei compiti cognitivi, ma nessuno lo aveva mai dimostrato prima.”

Solo una manciata di gruppi di animali sono capaci di un apprendimento vocale complesso, approssimativamente definito come la capacità di apprendere e trattenere un gran numero di suoni. Gli esseri umani, gli elefanti, le balene, le foche e i pipistrelli rappresentano la maggior parte degli studenti vocali dei mammiferi; uccelli canori, pappagalli e colibrì coprono gli uccelli. Il laboratorio Jarvis si è concentrato a lungo sugli uccelli canori e classifica la loro complessità di apprendimento vocale in base a tre parametri: quanti canti e richiami ci sono nel repertorio dell’uccello, se l’uccello può continuare a imparare nuovi canti e richiami per tutta la sua vita e se può imitare altre specie.

Per determinare se l’apprendimento vocale è collegato a diverse capacità cognitive negli uccelli canori, Audet e colleghi hanno trascorso tre anni catturando centinaia di uccelli selvatici di 21 specie con reti nebbiose presso il Rockefeller University Field Research Center, un vasto territorio protetto di 1.200 acri che compromette molti ecosistemi diversi. nella Hudson Valley di New York.

“È un’area protetta, il che significa che gli animali hanno un’esposizione limitata agli esseri umani”, afferma Mélanie Couture, un’assistente di ricerca che ha lavorato allo studio. “Questo è l’ideale per studiare i comportamenti degli uccelli selvatici: cosa possono fare e come reagiscono ai compiti cognitivi”.

Dopo aver classificato le capacità di apprendimento vocale dei loro soggetti, sono emersi tre favoriti: storni, ghiandaie azzurre e uccelli gatto grigi (parenti dei tordi tordi). Questi erano anche gli unici tre in grado di imitare altre specie (“l’epitome dell’apprendimento vocale”, dice Audet).

Il team ha poi eseguito una serie di test cognitivi su 214 uccelli di 23 specie (tra cui due specie di uccelli allevati in laboratorio che sono state aggiunte agli uccelli catturati in natura). Hanno testato le capacità di risoluzione dei problemi sfidando gli uccelli a rimuovere un coperchio, forare un foglio di alluminio o tirare un bastone per recuperare un dolcetto. L’autocontrollo è stato valutato posizionando una barriera trasparente tra ciascun uccello e uno spuntino e registrando il tempo impiegato dagli uccelli per smettere di sbattere contro la barriera e aggirarla. Altri test hanno analizzato se gli uccelli potevano imparare ad associare un certo colore a una ricompensa alimentare e quanto velocemente gli uccelli si adattavano quando il colore associato cambiava.

Le analisi statistiche hanno rivelato una forte correlazione tra capacità di problem solving e capacità di apprendimento vocale. Gli storni, le ghiandaie e gli uccelli gatto non erano solo gli apprendenti vocali più avanzati, ma anche i più abili nel risolvere enigmi, e quanto più un uccello riusciva a aggirare gli ostacoli per accaparrarsi un dolcetto, tanto più complessa era la sua capacità di apprendimento vocale. Non è stata riscontrata alcuna associazione tra gli altri test cognitivi e la complessità dell’apprendimento vocale.

I ricercatori hanno anche scoperto che gli studenti avanzati che imparano la voce e che risolvono problemi avevano cervelli più grandi rispetto alle dimensioni dei loro corpi, una potenziale base biologica per le osservazioni. “Il nostro prossimo passo è osservare il cervello delle specie più complesse e cercare di capire perché sono più bravi nella risoluzione dei problemi e nell’apprendimento vocale”, afferma Audet. “Abbiamo un’idea abbastanza chiara di dove avviene l’apprendimento vocale nel cervello, ma non è ancora chiaro dove avviene la risoluzione dei problemi.”

Nel complesso, i risultati suggeriscono che l’apprendimento vocale, la risoluzione dei problemi e le dimensioni del cervello potrebbero essersi evoluti in tandem, forse come un modo per aumentare la forma fisica biologica. Sulla base di questi risultati, così come del lavoro precedente sulla capacità degli studenti di cantare di ballare su un ritmo ritmico, Jarvis ora chiama questo insieme di tratti il ​​”complesso cognitivo dell’apprendimento vocale”.

“I nostri risultati aiutano a supportare un’idea precedentemente non dimostrata: che l’evoluzione di un comportamento complesso come il linguaggio parlato, che dipende dall’apprendimento vocale, è associata alla coevoluzione di altri comportamenti complessi”, afferma Jarvis.



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