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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Scienze & AmbienteIl “terreno” elettronico migliora la crescita delle colture

Il “terreno” elettronico migliora la crescita delle colture

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Le colture – piantine di orzo – crescono in media il 50% in più quando il loro apparato radicale viene stimolato elettricamente attraverso un nuovo substrato di coltivazione.

In uno studio pubblicato sulla rivista PNAS, i ricercatori dell’Università di Linköping hanno sviluppato un “terreno” elettricamente conduttivo per la coltivazione fuori suolo, noto come coltura idroponica

Eleni Stavrinidou, professore associato senior e supervisore dello studio, e Alexandra Sandéhn, dottoranda, una degli autori principali, collegano l'eSoil a una fonte a bassa potenza per stimolare la crescita delle piante.

Eleni Stavrinidou, professore associato senior e supervisore dello studio, e Alexandra Sandéhn, dottoranda, una degli autori principali, collegano l’eSoil a una fonte a bassa potenza per stimolare la crescita delle piante. Credito immagine: Thor Balkhed/Università di Linköping

“La popolazione mondiale è in aumento e abbiamo anche il cambiamento climatico. È quindi chiaro che non saremo in grado di coprire la domanda alimentare del pianeta soltanto con i metodi agricoli già esistenti. Ma con la coltura idroponica possiamo coltivare cibo anche in ambienti urbani in ambienti molto controllati”, afferma Eleni Stavrinidou, professore associato presso il Laboratorio di elettronica organica dell’Università di Linköping e leader del gruppo Electronic Plants.

Il suo gruppo di ricerca ha ora sviluppato un substrato di coltivazione elettricamente conduttivo su misura per la coltivazione idroponica che chiamano eSoil. I ricercatori dell’Università di Linköping hanno dimostrato che le piantine di orzo cresciute nel “terreno” conduttivo crescevano fino al 50% in più in 15 giorni quando le loro radici venivano stimolate elettricamente.

Coltivazione fuori suolo

Coltivazione idroponica significa che le piante crescono senza terreno, avendo bisogno solo di acqua, sostanze nutritive e qualcosa a cui le loro radici possano attaccarsi: un substrato. Si tratta di un sistema chiuso che consente il ricircolo dell’acqua in modo che ogni piantina riceva esattamente le sostanze nutritive di cui ha bisogno.

Pertanto è necessaria pochissima acqua e tutte le sostanze nutritive rimangono nel sistema, cosa impossibile nella coltivazione tradizionale.

Eleni Stavrinidou, professore associato senior presso il Laboratorio di elettronica organica.

Eleni Stavrinidou, professore associato senior presso il Laboratorio di elettronica organica. Credito immagine: Thor Balkhed / Università di Linköping

La coltura idroponica consente anche la coltivazione verticale in grandi torri per massimizzare l’efficienza dello spazio. Le colture già coltivate in questo modo includono lattuga, erbe aromatiche e alcune verdure. I cereali non vengono generalmente coltivati ​​in coltura idroponica, a parte il loro utilizzo come foraggio.

In questo studio i ricercatori dimostrano che le piantine di orzo possono essere coltivate utilizzando la coltura idroponica e che hanno un tasso di crescita migliore grazie alla stimolazione elettrica.

“In questo modo possiamo far crescere le piantine più velocemente con meno risorse. Non sappiamo ancora come funzioni effettivamente, quali meccanismi biologici siano coinvolti. Ciò che abbiamo scoperto è che le piantine processano l’azoto in modo più efficace, ma non è ancora chiaro come la stimolazione elettrica influisca su questo processo”, afferma Eleni Starvrinidou.

Contribuire alla sicurezza alimentare

La lana minerale viene spesso utilizzata come substrato di coltivazione in coltura idroponica. Non solo non è biodegradabile, ma è anche prodotto con un processo ad alto consumo energetico.

Il substrato di coltivazione elettronico eSoil è costituito da cellulosa, il biopolimero più abbondante, mescolata con un polimero conduttivo chiamato PEDOT. Questa combinazione in quanto tale non è nuova, ma è la prima volta che viene utilizzata per la coltivazione delle piante e per creare in questo modo un’interfaccia per le piante.

Precedenti ricerche hanno utilizzato l’alta tensione per stimolare le radici. Il vantaggio del “terreno” dei ricercatori di Linköping è che ha un consumo energetico molto basso e nessun pericolo di alta tensione. Eleni Stavrinidou ritiene che il nuovo studio aprirà la strada a nuove aree di ricerca per sviluppare ulteriormente la coltivazione idroponica.

“Non possiamo dire che la coltura idroponica risolverà il problema della sicurezza alimentare. Ma può sicuramente aiutare soprattutto nelle aree con poco terreno coltivabile e con condizioni ambientali difficili”.

Lo studio è stato finanziato dalla Fondazione Knut e Alice Wallenberg attraverso il Wallenberg Wood Science Centre, il Consiglio svedese della ricerca, il programma quadro dell’UE Orizzonte 2020, la Fondazione svedese per la ricerca strategica e la ricerca strategica sui materiali funzionali avanzati, AFM, presso l’Università di Linköping.

Articolo: eSoil: un’impalcatura di crescita bioelettronica a basso consumo migliora la crescita delle piantine delle colture; Vasileios K. Oikonomou, Miriam Huerta, Alexandra Sandéhn, Till Dreier, Yohann Daguerre, Hyungwoo Lim, Magnus Berggren, Eleni Pavlopoulou, Torgny Näsholm, Martin Bech, Eleni Stavrinidou; Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS); pubblicato online il 26 dicembre 2023. DOI: 10.1073/pnas.2304135120

Scritto da Anders Törneholm

Fonte: Università di Linköping



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