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 ultrasuoni a bassa frequenza possono aumentare la quantità di ossigeno nel sangue

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Un team di scienziati dell’Università di Kaunas ha condotto una ricerca che ha svelato l’impatto delle basse frequenze ultrasuoni sui parametri del sangue. I risultati suggeriscono che l’influenza degli ultrasuoni sull’emoglobina può migliorare il trasferimento di ossigeno dai polmoni ai tessuti del corpo.

Sangue - visualizzazione artistica.

Sangue – visualizzazione artistica.

Lo studio ha comportato l’analisi di 300 campioni di sangue di 42 pazienti affetti da malattie polmonari. Questi campioni sono stati esaminati in sei diverse modalità di ultrasuoni a bassa frequenza presso l’Istituto di meccatronica dell’Università di tecnologia di Kaunas (KTU) in Lituania.

I cambiamenti in 20 parametri del sangue sono stati registrati utilizzando le apparecchiature per analisi del sangue nei laboratori dell’Università lituana di scienze della salute (LSMU). Per prevedere gli effetti degli ultrasuoni, sono stati impiegati metodi di intelligenza artificiale, tra cui l’analisi della varianza (ANOVA), il metodo Kruskal-Wallis non parametrico e algoritmi di apprendimento automatico, con calcoli eseguiti presso il KTU Artificial Intelligence Center.

I professori Vytautas Ostaševičius e Vytautas Jūrėnas della KTU evidenziano gli ultrasuoni come approccio non medicinale per il trattamento delle malattie circolatorie. Mentre nella letteratura scientifica si discute ampiamente dell’impatto degli ultrasuoni sulle piastrine in relazione alla coagulazione del sangue, il gruppo di ricerca della KTU ha scoperto che gli ultrasuoni non solo alterano i parametri della coagulazione del sangue, ma influenzano anche i globuli rossi. Questa influenza può migliorare il trasporto di ossigeno dai polmoni ai tessuti e ridurre la pressione sanguigna.

“Durante l’azione degli ultrasuoni a bassa frequenza, i globuli rossi aggregati si dissociano in singole cellule del sangue e le molecole di emoglobina in esse contenute interagiscono con l’ossigeno sull’intera superficie delle cellule del sangue, migliorando la saturazione di ossigeno nel sangue”, spiega il professor V. Ostaševičius, direttore dell’Istituto di meccatronica KTU. La dissociazione dei singoli globuli rossi riduce contemporaneamente la viscosità del sangue e la pressione sanguigna a causa dell’aumento dello spazio tra loro.

I ricercatori sottolineano che l’impatto degli ultrasuoni sull’emoglobina supera il suo effetto sulla coagulazione del sangue, e ulteriori analisi presso il Laboratorio di Cardiologia Molecolare della LSMU contribuiscono a questi risultati.

“I risultati della ricerca suggeriscono che gli ultrasuoni a bassa frequenza potrebbero essere utilizzati per i pazienti con ipertensione polmonare per migliorare la saturazione di ossigeno nei polmoni. Considerando le ripercussioni della recente pandemia di COVID-19, vediamo un potenziale significativo per esplorare ulteriormente le capacità della tecnologia sviluppata”, osserva il professor V. Ostaševičius.

La collaborazione tra medicina e ingegneria sta dando risultati fruttuosi. Gli ultrasuoni ad alta frequenza, operanti tra 2 e 12 MHz, vengono utilizzati in medicina sia per scopi diagnostici che terapeutici. Il professor V. Jūrėnas spiega che le onde acustiche emesse dagli ultrasuoni ad alta frequenza hanno una penetrazione limitata nei tessuti, determinando un impatto maggiore sui tessuti rispetto agli organi interni. Al contrario, gli ultrasuoni a bassa frequenza penetrano più profondamente negli organi interni, con una pressione acustica distribuita in modo più uniforme.

Le applicazioni degli ultrasuoni in medicina sono diverse e vanno dalla frantumazione dei calcoli renali alla distruzione delle cellule tumorali. Il professor V. Jūrėnas suggerisce potenziali applicazioni, come l’uso degli ultrasuoni per attivare farmaci specifici o favorire la somministrazione di antibiotici nelle aree infiammate del corpo.

La ricerca descritta rappresenta una collaborazione di successo tra ricercatori di ingegneria e medici. Un altro esempio recente è lo sviluppo di un sistema per il posizionamento 3D del telaio stereotassico utilizzato in radiochirurgia presso il KTU Mechatronics Institute. Questo sistema immobilizza i pazienti sottoposti a radiochirurgia con il “coltello Gamma” presso l’Università lituana di Scienze della Salute.

“Durante tali operazioni è necessario che la testa del paziente sia ancorata in modo affidabile, poiché qui la precisione è particolarmente importante. A causa delle gravi condizioni dei pazienti, spesso è difficile immobilizzarli. La nostra soluzione proposta è già utilizzata e brevettata con successo”, afferma il prof. V. Jūrenas.

I ricercatori della KTU credono nel raggiungimento di risultati eccellenti sfruttando le conoscenze provenienti da diversi campi e mirano a una collaborazione continua e produttiva con i medici. L’articolo intitolato “Predizione dei cambiamenti nei parametri del sangue indotti dagli ultrasuoni a bassa frequenza” è pubblicato nel numero 6 della rivista Applied System Innovation 2023, disponibile Qui.

Scritto da Alius Noreika



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