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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Le nanoparticelle prodotte da virus vegetali potrebbero essere il nuovo alleato degli agricoltori nel controllo dei parassiti

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Un giorno una nuova forma di controllo dei parassiti agricoli potrebbe mettere radici: quella che tratta le infestazioni delle colture in profondità nel sottosuolo in modo mirato con meno pesticidi.

Gli ingegneri dell’Università della California a San Diego hanno sviluppato nanoparticelle, ricavate da virus vegetali, in grado di trasportare molecole di pesticidi nelle profondità del suolo precedentemente irraggiungibili. Questo progresso potrebbe potenzialmente aiutare gli agricoltori a combattere efficacemente i nematodi parassiti che infestano le zone radicali delle colture, il tutto riducendo al minimo i costi, l’uso di pesticidi e la tossicità ambientale.

Il controllo delle infestazioni causate dai nematodi che danneggiano le radici è da tempo una sfida in agricoltura. Uno dei motivi è che i tipi di pesticidi utilizzati contro i nematodi tendono ad aderire agli strati superiori del terreno, rendendo difficile raggiungere il livello delle radici dove i nematodi provocano il caos. Di conseguenza, gli agricoltori ricorrono spesso all’applicazione di quantità eccessive di pesticidi, nonché all’acqua per lavare i pesticidi fino alla zona delle radici. Ciò può portare alla contaminazione del suolo e delle falde acquifere.

Per trovare una soluzione più sostenibile ed efficace, un team guidato da Nicole Steinmetz, professoressa di nanoingegneria presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego e direttrice fondatrice del Center for Nano-ImmunoEngineering, ha sviluppato nanoparticelle di virus vegetali in grado di trasportare molecole di pesticidi in profondità nel terreno, proprio dove sono necessari. Il lavoro è dettagliato in un articolo pubblicato in Nanolettere.

Il team di Steinmetz si è ispirato alla nanomedicina, dove vengono create nanoparticelle per la somministrazione mirata di farmaci, e ha adattato questo concetto all’agricoltura. Questa idea di riutilizzare e riprogettare materiali biologici per diverse applicazioni è anche un’area di interesse del Centro di scienza e ingegneria dei materiali dell’UC San Diego (MRSEC), di cui Steinmetz è co-responsabile.

“Stiamo sviluppando un approccio agricolo di precisione in cui creiamo nanoparticelle per la distribuzione mirata di pesticidi”, ha affermato Steinmetz, autore senior dello studio. “Questa tecnologia promette di migliorare l’efficacia del trattamento sul campo senza la necessità di aumentare il dosaggio dei pesticidi.”

Il protagonista di questo approccio è il virus del mosaico verde delicato del tabacco, un virus vegetale che ha la capacità di muoversi facilmente nel terreno. I ricercatori hanno modificato queste nanoparticelle virali, rendendole non infettive per le colture rimuovendo il loro RNA. Hanno poi mescolato queste nanoparticelle con soluzioni di pesticidi in acqua e le hanno riscaldate, creando nanoparticelle sferiche simili a virus piene di pesticidi attraverso una semplice sintesi in un unico vaso.

Questa sintesi one-pot offre diversi vantaggi. Innanzitutto, è conveniente, con solo pochi passaggi e un processo di purificazione semplice. Il risultato è un metodo più scalabile, che apre la strada a un prodotto più conveniente per gli agricoltori, ha osservato Steinmetz. In secondo luogo, confezionando semplicemente il pesticida all’interno delle nanoparticelle, anziché legarlo chimicamente alla superficie, questo metodo preserva la struttura chimica originale del pesticida.

“Se avessimo utilizzato un metodo sintetico tradizionale in cui colleghiamo le molecole dei pesticidi alle nanoparticelle, avremmo essenzialmente creato un nuovo composto, che dovrà passare attraverso un processo di registrazione e approvazione normativa completamente nuovo”, ha affermato Adam Caparco, primo autore dello studio. , un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Steinmetz. “Ma dal momento che stiamo semplicemente incapsulando il pesticida all’interno delle nanoparticelle, non stiamo cambiando l’ingrediente attivo, quindi non avremo bisogno di ottenere una nuova approvazione. Ciò potrebbe aiutare ad accelerare la traduzione di questa tecnologia sul mercato.”

Inoltre, il virus del mosaico verde delicato del tabacco è già approvato dall’Environmental Protection Agency (EPA) per l’uso come erbicida per controllare una pianta invasiva chiamata mela soda tropicale. Questa approvazione esistente potrebbe semplificare ulteriormente il percorso dal laboratorio al mercato.

I ricercatori hanno condotto esperimenti in laboratorio per dimostrare l’efficacia delle loro nanoparticelle ricche di pesticidi. Le nanoparticelle sono state innaffiate attraverso colonne di terreno e hanno trasportato con successo i pesticidi ad una profondità di almeno 10 centimetri. Le soluzioni sono state raccolte dal fondo delle colonne di terreno e si è scoperto che contenevano nanoparticelle ricche di pesticidi. Quando i ricercatori hanno trattato i nematodi con queste soluzioni, hanno eliminato almeno la metà della popolazione in una capsula di Petri.

Anche se i ricercatori non hanno ancora testato le nanoparticelle sui nematodi che si annidano sotto il suolo, notano che questo studio segna un significativo passo avanti.

“La nostra tecnologia consente di utilizzare nel terreno pesticidi destinati a combattere i nematodi”, ha affermato Caparco. “Questi pesticidi da soli non possono penetrare nel suolo. Ma con le nostre nanoparticelle, ora hanno mobilità nel suolo, possono raggiungere il livello delle radici e potenzialmente uccidere i nematodi.”

La ricerca futura comporterà il test delle nanoparticelle su piante infestate reali per valutarne l’efficacia in scenari agricoli reali. Il laboratorio di Steinmetz eseguirà questi studi di follow-up in collaborazione con l’Horticultural Research Laboratory degli Stati Uniti. Il suo team ha inoltre stabilito piani per una partnership industriale volta a far avanzare le nanoparticelle in un prodotto commerciale.



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