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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In diretta dal cervello: i segnali visivi informano la decisione di cooperare

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Il contatto visivo e il linguaggio del corpo sono fondamentali nell’interazione sociale, ma non è ben compreso esattamente il modo in cui il cervello utilizza queste informazioni per informare il comportamento in tempo reale.

Combinando il tracciamento oculare comportamentale e wireless con il monitoraggio neurale, un team di scienziati e collaboratori della Rice University ha studiato come coppie di macachi che si muovono liberamente e interagiscono in un ambiente naturalistico, utilizzano segnali visivi per guidare comportamenti cooperativi complessi e orientati agli obiettivi. Lo studio pubblicato in Natura offre la prima prova che la parte del cervello che elabora le informazioni visive – la corteccia visiva – svolge un ruolo attivo nel comportamento sociale fornendo a un’area esecutiva – la corteccia prefrontale – i segnali necessari per generare la decisione di cooperare.

“Siamo i primi a utilizzare dispositivi telemetrici per registrare l’attività neurale di più popolazioni corticali nella corteccia visiva e prefrontale mentre gli animali esplorano il loro ambiente e interagiscono tra loro”, ha affermato Valentin Dragoi, professore di ingegneria elettrica e informatica alla Rice and the University. Rosemary e Daniel J. Harrison III Presidential Distinguished Chair in Neuroprotesi presso la Houston Methodist. “Quando i primati, compresi gli esseri umani, interagiscono, stabiliamo un contatto visivo e usiamo il linguaggio del corpo per indicare ai conspecifici cosa vogliamo fare.

“Fino ad ora non sapevamo come ciò che stiamo guardando guida la nostra decisione di cooperare o meno, a causa della nostra incapacità di misurare gli eventi oculomotori e correlarli con ciò che i neuroni stanno facendo in quell’istante. Poiché la tecnologia non c’era, quella conoscenza era semplicemente irraggiungibile.”

La maggior parte di ciò che le neuroscienze hanno appreso sulle basi neurali della cognizione ha avuto origine da studi in cui gli animali erano immobilizzati e svolgevano un compito in isolamento in risposta a stimoli artificiali sullo schermo di un computer piuttosto che durante l’effettiva interazione con i pari in un ambiente più naturalistico. La capacità di monitorare l’attività neurale mentre gli animali si muovono e si comportano liberamente rappresenta un significativo passo avanti nella ricerca neuroscientifica e promette di gettare nuova luce sul funzionamento interno del cervello.

“Questo è stato per molto tempo il sogno d’oro dei neuroscienziati: registrare i neuroni al volo mentre l’animale si muove liberamente”, ha detto Dragoi, che è anche direttore scientifico del Center for Neural Systems Restoration, un’associazione congiunta Impresa Houston Methodist-Rice dedicata alla ricerca sulle neuroscienze e all’innovazione terapeutica. “Abbiamo monitorato popolazioni di neuroni nella corteccia visiva – la parte del cervello che estrae informazioni sulla visione – e nella corteccia prefrontale – un’area esecutiva che codifica la nostra decisione di eseguire determinate azioni”.

Nell’esperimento, nel corso di diverse settimane, sono state osservate due coppie di macachi mentre imparavano a lavorare insieme per ottenere una ricompensa alimentare. In ogni prova le scimmie si muovevano liberamente all’interno di un recinto, separate da un divisorio trasparente. Le scimmie avevano già imparato che premendo un pulsante si mette a portata di mano un vassoio con gli snack, ma durante le prove ciò accadeva solo se gli animali premevano il pulsante contemporaneamente. Man mano che le capacità di cooperazione dei macachi miglioravano, si è scoperto che la frequenza con cui individuavano segnali socialmente rilevanti – il loro partner, il vassoio degli snack – aumentava prima di agire in concerto.

“Questa tecnologia ci consente di distinguere tra visione attiva e passiva”, ha affermato Dragoi. “La visione attiva è quando agiamo in base a uno stimolo che stiamo guardando con uno scopo in mente. Quando sono impegnato nell’interazione sociale, agisco in qualche modo, estraendo informazioni visive e utilizzando tali informazioni per cooperare. Il nostro obiettivo principale La scoperta sta nel vedere come le popolazioni di neuroni sensoriali estraggono le informazioni, le trasmettono a un’area esecutiva e come si sincronizzano in tempo reale per essere alla base della decisione di cooperare”.

Behnaam Aazhang, professore di ingegneria elettrica e informatica presso la Rice presso JS Abercrombie, ha sottolineato i contributi critici di Melissa Franch, autrice principale dello studio, ex Ph.D. studente nel laboratorio di Dragoi e ora ricercatore post-dottorato presso il Baylor College of Medicine, e Sudha Yellapantula, un’alunna del dottorato Rice del gruppo di Aazhang che ora lavora come ricercatrice professionista nel settore sanitario.

“Meritano molto credito”, ha detto Aazhang, che è anche direttore della Rice Neuroengineering Initiative e condirettore del Center for Neural Systems Restoration.

“Questo lavoro è molto interdisciplinare e prevede un complesso disegno sperimentale inteso a testare l’ipotesi che la corteccia visiva frontale abbia un ruolo importante nel comportamento sociale”, ha aggiunto Aazhang. “Molti animali non sono molto socievoli, ma i primati lo sono, il che è stato un fattore importante nella ricerca, data la natura dell’ipotesi.”

Si scopre che espressioni come “pugnali fissati” e “vedere negli occhi” sono più di una semplice stranezza della lingua inglese: ora abbiamo prove che la corteccia visiva e la corteccia prefrontale lavorano di concerto per ottenere comportamenti complessi come cooperazione.

La ricerca è stata supportata dal National Institutes of Health (U01NS108680, 1F31MH125451).



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