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 agenti patogeni usano la forza per violare le difese immunitarie, rileva uno studio

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Simile a un ladro che rompe una finestra per entrare in una casa, i ricercatori dell’Università dell’Indiana hanno scoperto un processo precedentemente sconosciuto attraverso il quale gli agenti patogeni entrano in una cellula con la forza fisica, violando le difese immunitarie del corpo che prevengono le infezioni.

Il lavoro, pubblicato sulla rivista Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze, introduce una potenziale svolta nella lotta contro gli agenti patogeni intracellulari responsabili di malattie infettive devastanti, come la tubercolosi, la malaria e la clamidia. Queste malattie sono notoriamente difficili da trattare perché gli agenti patogeni sono protetti all’interno delle cellule ospiti.

“Utilizzo del parassita Toxoplasma essendo il nostro patogeno rappresentativo, il nostro lavoro mostra che alcuni patogeni intracellulari possono applicare forze fisiche durante il loro ingresso nelle cellule ospiti, che quindi consentono ai patogeni di eludere la degradazione e di sopravvivere a livello intracellulare”, ha affermato l’autore principale dello studio Yan Yu, professore al College of Arts e il Dipartimento di Chimica dell’IU Bloomington. “Questo lavoro suggerisce che prendere di mira la motilità dei patogeni potrebbe essere un nuovo modo per combattere l’infezione all’interno delle cellule.”

Normalmente, quando un agente patogeno invasore incontra un fagocita – un tipo di globulo bianco responsabile della distruzione di batteri, virus e altri tipi di particelle estranee – viene catturato e ingerito dal fagocita. Per i patogeni che sfuggono a questo processo, si pensa comunemente che debbano rilasciare un “arsenale segreto” per “paralizzare” i meccanismi degradativi della cellula.

Tuttavia, lo studio di Yu dimostra che questa credenza comune non è vera. Lei e i suoi collaboratori hanno scoperto che gli agenti patogeni possono evitare di essere ingeriti all’interno della cellula immunitaria esercitando una “forza propulsiva”. Con questa entrata forzata, gli agenti patogeni vengono deviati nei vacuoli che non hanno la capacità di abbattere questi infiltrati. Un vacuolo è una struttura riservata all’immagazzinamento e alla digestione all’interno di una cellula.

Per condurre la ricerca, Yu e colleghi hanno introdotto il parassita patogeno Toxoplasma in cellule derivate dal topo, osservandone i comportamenti attraverso un microscopio a fluorescenza. Questi parassiti vivi entravano con la forza e prosperavano all’interno delle cellule immunitarie.

La sfida più grande quindi era determinare se il parassita vivo sfugge alla difesa immunitaria con sostanze chimiche sconosciute o semplicemente con la forza. Per affrontare questa domanda, Yu e il suo team hanno adottato un approccio creativo: hanno creato parassiti inattivati ​​che non possono esercitare forza o creare sostanze chimiche. A differenza dei parassiti vivi, questi parassiti “zombi” venivano rapidamente degradati nella cellula.

I ricercatori hanno quindi utilizzato delle pinzette magnetiche per spingere il parassita inattivato nella cellula immunitaria per imitare l’ingresso forzato osservato nei pesci vivi. Toxoplasma. Il parassita inattivato, ora sottoposto a un ingresso forzato simulato, è sfuggito alla degradazione, simile alla sua controparte viva. Ciò suggerisce che la forza di ingresso, e non le sostanze chimiche, spiega la sopravvivenza dell’agente patogeno, ha detto Yu.

Per manipolare il movimento del parassita nel secondo esperimento, i ricercatori hanno dovuto sviluppare il “sistema di pinzette” con nanoparticelle magnetiche. Hanno anche collaborato con un team dell’Università del Tennessee per sviluppare modelli computazionali per simulare il comportamento.

Inoltre, i ricercatori hanno condotto gli stessi esperimenti utilizzando il lievito per confermare che il meccanismo osservato poteva essere riscontrato anche in altri agenti infettivi, non solo Toxoplasma.

“Questo studio chiarisce il contributo delle forze fisiche nell’evasione immunitaria e sottolinea l’importanza di prendere di mira il movimento dei patogeni per combattere le infezioni intracellulari”, ha affermato Yu. “Siamo fiduciosi che questo lavoro possa in definitiva contribuire a nuovi sforzi per combattere una serie di infezioni dannose per la salute umana”.

Altri ricercatori IU coinvolti nello studio sono stati il ​​primo autore Zihan Zhang, così come Jin Ou, Yanqi Yu e Qiong Zhou. Altri coautori sono Thomas K. Gaetjens e Steven M. Abel dell’Università del Tennessee. Questo lavoro è stato sostenuto dal National Institutes of Health e dalla National Science Foundation.



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