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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I microbi amanti dei metalli potrebbero sostituire la lavorazione chimica delle terre rare

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Gli scienziati della Cornell University hanno caratterizzato il genoma di un batterio amante dei metalli con un’affinità per gli elementi delle terre rare. La ricerca apre la strada alla sostituzione del duro trattamento chimico di questi elementi con una pratica benigna chiamata bioassorbimento.

Gli elementi delle terre rare alimentano auto elettriche, turbine eoliche e smartphone. Oggi, il recupero di questi metalli dal minerale grezzo richiede la lavorazione con acidi e solventi. Ma una nuova tecnologia, immaginata dagli scienziati e alimentata da un microbo, potrebbe rendere l’elaborazione degli elementi delle terre rare più pulita e scalabile, contribuendo a fornire una fornitura costante agli Stati Uniti per infrastrutture di energia pulita e applicazioni di difesa.

La loro ricerca, “Caratterizzazione genomica del legame delle terre rare da parte di Shewanella oneidensis”, è stata pubblicata nel Rapporti scientifici.

“Il problema con gli attuali metodi di purificazione degli elementi delle terre rare è che fanno molto affidamento su solventi organici e sostanze chimiche aggressive”, ha affermato l’autore senior Buz Barstow, assistente professore di ingegneria biologica e ambientale. “Questi metodi sono costosi e dannosi per l’ambiente. Qui abbiamo un’alternativa verde che utilizza i microbi per assorbire e purificare selettivamente gli elementi delle terre rare, eliminando la necessità di sostanze chimiche dannose. Stiamo rendendo il processo di purificazione più ecologico.”

Il microbo adsorbe – o si aggrappa – selettivamente a questi elementi delle terre rare, rendendolo un candidato ideale per effettuare una procedura di purificazione ecologica.

Generalmente, S. oneidensis preferisce nutrirsi degli elementi del blocco f che risiedono nella sesta riga della tavola periodica, noti come lantanidi. Nello specifico, il microbo favorisce l’europio.

La caratterizzazione del genoma di S. oneidensis consente agli scienziati di modificare la sua preferenza per l’elaborazione degli altri elementi delle terre rare.

Questo lavoro ha il potenziale per rendere il trattamento delle terre rare più pulito e scalabile, ha affermato l’autore principale Sean Medin, uno studente di dottorato nel laboratorio di Barstow. “Attualmente tutta la purificazione degli elementi delle terre rare viene effettuata all’estero, a causa delle rigorose normative ambientali e degli elevati costi infrastrutturali per la costruzione di un impianto di separazione”, ha affermato. “Il nostro processo renderebbe superflui i solventi dannosi per l’ambiente.

“La realizzazione del nostro processo richiederebbe potenzialmente un dispendio di terreno e di capitale significativamente inferiore”, ha affermato Medin, “poiché le nostre separazioni potrebbero essere eseguite con arricchimento ripetuto attraverso colonne piene di batteri immobilizzati invece di impianti di miscelazione-decantazione lunghi chilometri”.

Il gruppo prevede di creare un sistema di purificazione su scala pilota entro il 2028.

Il finanziamento per questa ricerca è stato fornito da Cornell Atkinson, dal Burroughs Wellcome Fund, dall’Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), parte del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e da un dono di Mary Fernando Conrad e Tony Conrad.



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