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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La scoperta dell’energia oscura dura da un decennio: nuove informazioni sulle supernove offrono indizi sull’espansione dell’universo

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I ricercatori della Swinburne University of Technology hanno contribuito a: studio fondamentale che complica la nostra comprensione dell’universo.

Un esempio di supernova scoperta dalla Dark Energy Survey all'interno del campo coperto da uno dei singoli rilevatori della Dark Energy Camera.  La supernova è esplosa in una galassia a spirale con spostamento verso il rosso = 0,04528, distante circa 0,6 miliardi di anni luce.  Questa è una delle supernove più vicine nel campione.  Nel riquadro, la supernova è un piccolo punto in alto a destra del centro luminoso della galassia.

Un esempio di supernova scoperta dalla Dark Energy Survey all’interno del campo coperto da uno dei singoli rilevatori della Dark Energy Camera. La supernova è esplosa in una galassia a spirale con spostamento verso il rosso = 0,04528, distante circa 0,6 miliardi di anni luce. Questa è una delle supernove più vicine nel campione. Nel riquadro, la supernova è un piccolo punto in alto a destra del centro luminoso della galassia. Credito immagine: collaborazione DES

IL Sondaggio sull’energia oscura (DES) rappresenta il lavoro di oltre 400 astrofisici, astronomi e cosmologi provenienti da oltre 25 istituzioni.

Gli scienziati del DES hanno raccolto dati per 758 notti in sei anni per comprenderne il funzionamento natura dell’energia oscura e misurare il tasso di espansione dell’universo. Secondo una nuova e complessa teoria, la densità dell’energia oscura nell’universo potrebbe essere variata nel tempo.

La dottoressa Anais Möller del Centro di astrofisica e supercalcolo della Swinburne University of Technology faceva parte del team che lavorava su questa analisi rivoluzionaria, insieme a Mitchell Dixon di Swinburne, al professor Karl Glazebrook e al professore emerito Jeremy Mould.

“Questi risultati, frutto della collaborazione tra centinaia di scienziati in tutto il mondo, testimoniano la forza della cooperazione e il duro lavoro volti a realizzare importanti progressi scientifici”, afferma Dottor Möller.

“Sono molto orgoglioso del lavoro che abbiamo realizzato come squadra; è un’analisi incredibilmente approfondita che riduce le nostre incertezze a nuovi livelli e mostra la potenza del Dark Energy Survey”.

“Non solo abbiamo utilizzato dati all’avanguardia, ma abbiamo anche sviluppato metodi pionieristici per estrarre il massimo delle informazioni dalla Supernova Survey. Di questo sono particolarmente orgoglioso, poiché ho sviluppato con il machine learning il metodo per selezionare le supernove utilizzate per il rilievo”.

Nel 1998, gli astrofisici hanno scoperto che l’universo sta accelerando, attribuito a un’entità misteriosa chiamata energia oscura che costituisce circa il 70% del nostro universo. All’epoca gli astrofisici concordavano sul fatto che l’espansione dell’universo avrebbe dovuto rallentare a causa della gravità.

Questa scoperta rivoluzionaria, che gli astrofisici hanno ottenuto con l’osservazione di specifici tipi di stelle in esplosione, chiamate tipo Ia (leggi “tipo uno-A”) supernovaeè stato insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 2011.

Ora, 25 anni dopo la scoperta iniziale, il Dark Energy Survey è il culmine di un decennio di ricerche da parte di scienziati di tutto il mondo che hanno analizzato più di 1.500 supernove utilizzando i più forti vincoli sull’espansione dell’universo mai ottenuti. Si tratta del numero più alto di supernovae di tipo Ia mai utilizzato per limitare l’energia oscura da una singola indagine che sonda grandi tempi cosmici.

I risultati ottenuti sono coerenti con il modello cosmologico ormai standard di un universo con un’espansione accelerata. Tuttavia, i risultati non sono sufficientemente definitivi da escludere un modello forse più complesso.

“C’è ancora molto da scoprire sull’energia oscura, ma questa analisi può essere considerata per un bel po’ di tempo il gold standard nella cosmologia delle supernovae”, afferma il dott. Moller.

“Questa analisi introduce anche metodi innovativi che verranno utilizzati nella prossima generazione di sondaggi, quindi stiamo facendo un passo avanti nel modo in cui facciamo scienza. Sono entusiasta di scoprire di più sul mistero dell’energia oscura nel prossimo decennio”.

Pioniere di un nuovo approccio

Il nuovo studio ha aperto la strada a un nuovo approccio all’uso della fotometria – con quattro filtri senza precedenti – per trovare le supernove, classificarle e misurare le loro curve di luce. Il dottor Möller ha creato il metodo per selezionare queste supernovae di tipo Ia utilizzando il moderno apprendimento automatico.

“È un momento molto emozionante vedere questa tecnologia innovativa sfruttare la potenza delle grandi indagini astronomiche”, afferma. “Non solo siamo in grado di ottenere più supernovae di tipo Ia rispetto a prima, ma abbiamo testato questi metodi a fondo perché vogliamo effettuare misurazioni più precise sulla fisica fondamentale del nostro universo”.

Questa tecnica richiede dati provenienti da supernovae di tipo Ia, che si verificano quando una stella morta estremamente densa, nota come nana bianca, raggiunge una massa critica ed esplode. Poiché la massa critica è quasi la stessa per tutte le nane bianche, tutte le supernovae di tipo Ia hanno approssimativamente la stessa luminosità effettiva e qualsiasi variazione rimanente può essere calibrata. Quindi, quando gli astrofisici confrontano la luminosità apparente di due supernove di tipo Ia viste dalla Terra, possono determinare le loro distanze relative da noi.

Gli astrofisici tracciano la storia dell’espansione cosmica con grandi campioni di supernovae che coprono un’ampia gamma di distanze. Per ogni supernova, combinano la sua distanza con una misurazione del suo spostamento verso il rosso, ovvero la velocità con cui si allontana dalla Terra a causa dell’espansione dell’universo. Possono usare quella storia per determinare se la densità dell’energia oscura è rimasta costante o è cambiata nel tempo.

I risultati hanno trovato w = –0,80 +/- 0,18 usando solo le supernovae. Combinato con i dati complementari del telescopio Planck dell’Agenzia spaziale europea, w raggiunge –1 all’interno delle barre di errore. Per giungere ad una conclusione definitiva, gli scienziati avranno bisogno di più dati utilizzando una nuova indagine.

I ricercatori del DES hanno utilizzato tecniche avanzate di apprendimento automatico per facilitare la classificazione delle supernova. Tra i dati provenienti da circa due milioni di galassie distanti osservate, DES ha trovato diverse migliaia di supernovae. Alla fine gli scienziati hanno utilizzato 1.499 supernovae di tipo Ia con dati di alta qualità, rendendolo il campione di supernova più grande e profondo mai raccolto da un singolo telescopio. Nel 1998, gli astronomi vincitori del Nobel hanno utilizzato solo 52 supernovae per determinare che l’universo si sta espandendo a un ritmo accelerato.

Fonte: Università di tecnologia di Swinburne



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