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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Rilevare le dimensioni di una singola molecola è un potenziale punto di svolta

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In un’iniziativa nazionale, i ricercatori guidati dal dottor Nadim Darwish della Curtin University, dal professor Jeffrey Reimers dell’Università di Tecnologia di Sydney, dal professore associato Daniel Kosov della James Cook University e dal dottor Thomas Fallon dell’Università di Newcastle, hanno sviluppato un piezoresistore che misura circa 500.000 volte più piccolo della larghezza di un capello umano.

Il professore associato Kosov ha affermato che i piezoresistori sono comunemente utilizzati per rilevare le vibrazioni nell’elettronica e nelle automobili, come negli smartphone per il conteggio dei passi e per l’attivazione degli airbag delle auto.

“Vengono utilizzati anche in dispositivi medici come i sensori di pressione impiantabili, nonché nell’aviazione e nei viaggi spaziali”, ha affermato il professore associato Kosov.

Il dottor Darwish ha affermato di aver sviluppato una versione più sensibile e miniaturizzata di questo componente elettronico chiave, che trasforma la forza o la pressione in un segnale elettrico e viene utilizzato in molte applicazioni quotidiane.

“A causa delle sue dimensioni e della sua natura chimica, questo nuovo tipo di piezoresistore aprirà un regno completamente nuovo di opportunità per sensori chimici e biosensori, interfacce uomo-macchina e dispositivi di monitoraggio sanitario”, ha affermato il dott. Darwish.

“Poiché sono a base molecolare, i nostri nuovi sensori possono essere utilizzati per rilevare altre sostanze chimiche o biomolecole come proteine ​​ed enzimi, che potrebbero cambiare le regole del gioco per il rilevamento delle malattie”.

Il dottor Fallon ha affermato che il nuovo piezoresistore è costituito da una singola molecola di bullvalene che, quando sottoposta a tensione meccanica, reagisce per formare una nuova molecola di forma diversa, alterando il flusso di elettricità modificando la resistenza.

“Le diverse forme chimiche sono conosciute come isomeri, e questa è la prima volta che le reazioni tra di loro sono state utilizzate per sviluppare piezoresistori”, ha detto il dottor Fallon.

“Siamo stati in grado di modellare la complessa serie di reazioni che avvengono, comprendendo come le singole molecole possono reagire e trasformarsi in tempo reale”.

Il professor Reimers ha affermato che l’importanza di ciò sta nella capacità di rilevare elettricamente il cambiamento nella forma di una molecola che reagisce, avanti e indietro, circa una volta ogni 1 millisecondo.

“Rilevare forme molecolari dalla loro conduttanza elettrica è un concetto completamente nuovo di rilevamento chimico”, ha affermato il professor Reimers.

Il professore associato Kosov ha affermato che la comprensione della relazione tra forma molecolare e conduttività consentirà di determinare le proprietà di base delle giunzioni tra le molecole e i conduttori metallici attaccati.

“Questa nuova capacità è fondamentale per lo sviluppo futuro di tutti i dispositivi elettronici molecolari”, ha affermato il professore associato Kosov.

Pubblicato su Nature Communication il documento di ricerca “Controlling Piezoresistance in Single Molecules through the Isomerizzazione of Bullvalenes”.

Fonte: Università James Cook



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