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 ricercatori hanno insegnato ad un algoritmo ad “assaggiare”

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Per i non intenditori, scegliere una bottiglia di vino può essere difficile quando si scannerizza una serie di etichette sconosciute sullo scaffale del negozio. Che sapore ha? Qual è stato l’ultimo che ho comprato che avesse un sapore così buono?

Qui, le app sul vino come Vivino, Hello Vino, Wine Searcher e molte altre possono aiutare. App come queste consentono agli acquirenti di vino di scansionare le etichette delle bottiglie, ottenere informazioni su un particolare vino e leggere le recensioni degli altri. Queste app si basano su algoritmi artificialmente intelligenti.

Ora, gli scienziati dell’Università Tecnica della Danimarca (DTU), dell’Università di Copenaghen e del Caltech hanno dimostrato che è possibile aggiungere un nuovo parametro agli algoritmi che rendono più facile trovare una corrispondenza precisa per le proprie papille gustative: vale a dire, le impressioni delle persone di sapore.

“Abbiamo dimostrato che, alimentando un algoritmo con dati costituiti dalle impressioni gustative delle persone, l’algoritmo può fare previsioni più accurate su quale tipo di vino preferiamo individualmente”, afferma Thoranna Bender, una studentessa laureata alla DTU che ha condotto lo studio nell’ambito del sotto gli auspici del Pioneer Center for AI presso l’Università di Copenaghen.

Previsioni più accurate sui vini preferiti dalle persone

I ricercatori hanno tenuto degustazioni di vino durante le quali a 256 partecipanti è stato chiesto di disporre tazze di vini diversi su un pezzo di carta A3 in base a quali vini pensavano avessero un sapore più simile. Maggiore è la distanza tra le tazze, maggiore sarà la differenza di sapore. Il metodo è ampiamente utilizzato nei test sui consumatori. I ricercatori hanno poi digitalizzato i punti sui fogli di carta fotografandoli.

I dati raccolti dalle degustazioni di vino sono stati poi combinati con centinaia di migliaia di etichette di vino e recensioni degli utenti fornite ai ricercatori da Vivino, un’app e un mercato globale del vino. Successivamente, i ricercatori hanno sviluppato un algoritmo basato sull’enorme set di dati.

“La dimensione del sapore che abbiamo creato nel modello ci fornisce informazioni su quali vini sono simili nel gusto e quali no. Quindi, ad esempio, posso stare con la mia bottiglia di vino preferita e dire: vorrei sapere quale il vino è molto simile ad esso nel gusto – o sia nel gusto che nel prezzo,” dice Thoranna Bender.

Il professore e coautore Serge Belongie del Dipartimento di Informatica, che dirige il Pioneer Center for AI presso l’Università di Copenaghen, aggiunge:

“Possiamo vedere che quando l’algoritmo combina i dati delle etichette e delle recensioni dei vini con i dati delle degustazioni di vino, fa previsioni più accurate sulle preferenze enologiche delle persone rispetto a quando utilizza solo i tipi tradizionali di dati sotto forma di immagini e testo . Quindi, insegnare alle macchine a utilizzare le esperienze sensoriali umane si traduce in algoritmi migliori a vantaggio dell’utente.”

Può essere utilizzato anche per birra e caffè

Secondo Serge Belongie nell’apprendimento automatico si registra una tendenza crescente all’utilizzo dei cosiddetti dati multimodali, che di solito consistono in una combinazione di immagini, testo e suono. Usare il gusto o altri input sensoriali come fonti di dati è completamente nuovo. E ha un grande potenziale, ad esempio nel settore alimentare. Belongie afferma:

“Comprendere il gusto è un aspetto chiave della scienza alimentare ed essenziale per ottenere una produzione alimentare sana e sostenibile. Ma l’uso dell’intelligenza artificiale in questo contesto rimane ancora agli inizi. Questo progetto mostra il potere dell’utilizzo di input basati sull’uomo nell’intelligenza artificiale, e prevedo che i risultati stimoleranno più ricerca nel punto di intersezione tra scienza alimentare e intelligenza artificiale”.

Thoranna Bender sottolinea che il metodo dei ricercatori può essere facilmente trasferito anche ad altri tipi di cibi e bevande:

«Abbiamo scelto il vino come caso, ma lo stesso metodo può essere applicato anche alla birra e al caffè. Ad esempio, l’approccio può essere utilizzato per consigliare prodotti e magari anche ricette alimentari alle persone. E se riusciamo a capire meglio “Le somiglianze di gusto negli alimenti, possiamo usarlo anche nel settore sanitario per mettere insieme pasti che soddisfino i gusti e le esigenze nutrizionali dei pazienti. Potrebbe anche essere usato per sviluppare alimenti su misura per diversi profili di gusto.”

I ricercatori hanno pubblicato i loro dati su un server aperto e possono essere utilizzati gratuitamente.

“Ci auguriamo che qualcuno là fuori voglia basarsi sui nostri dati. Ho già risposto alle richieste di persone che hanno dati aggiuntivi che vorrebbero includere nel nostro set di dati. Penso che sia davvero interessante”, conclude Thoranna Bender.



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