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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L’aggregazione delle nuvole provoca piogge più estreme

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Comprendere i modelli delle nuvole nel nostro clima in cambiamento è essenziale per fare previsioni accurate sul loro impatto sulla società e sulla natura. Gli scienziati dell’Istituto di scienza e tecnologia Austria (ISTA) e del Max-Planck-Institute for Meteorology hanno pubblicato un nuovo studio sulla rivista Progressi della scienza che utilizza un modello climatico globale ad alta risoluzione per comprendere come l’accumulo di nuvole e tempeste influisce sulle precipitazioni estreme ai tropici. Dimostrano che con l’aumento delle temperature aumenta la gravità degli eventi di precipitazione estremi.

Le precipitazioni estreme sono uno dei disastri naturali più dannosi, costano vite umane e causano danni miliardi. La loro frequenza è aumentata negli ultimi anni a causa del riscaldamento climatico. Da diversi decenni gli scienziati utilizzano modelli computerizzati del clima terrestre per comprendere meglio i meccanismi alla base di questi eventi e per prevedere le tendenze future. In un nuovo studio, ora pubblicato sulla rivista Progressi scientifici, un team di ricercatori dell’Istituto di Scienza e Tecnologia Austria (ISTA) e dell’Istituto Max-Planck per la Meteorologia (MPI-M) guidato dal postdoc dell’ISTA Jiawei Bao ha utilizzato un nuovo modello climatico all’avanguardia per studiare come L’accumulo di nubi e tempeste ha un impatto sugli eventi di precipitazioni estreme – in particolare ai tropici – in modo più dettagliato di quanto fosse possibile prima.

“Questo nuovo tipo di modello con una risoluzione molto più precisa ha mostrato che, con un clima più caldo, gli eventi di precipitazioni estreme ai tropici aumentano di gravità più di quanto previsto dalla teoria a causa delle nuvole che sono più raggruppate,” Bao, che originariamente iniziò questo progetto durante spiega la sua precedente posizione post-doc presso l’MPI-M. “Possiamo vedere che quando le nuvole sono più raggruppate, piove per un tempo più lungo, quindi la quantità totale di precipitazioni aumenta. Abbiamo anche scoperto che le piogge più estreme sulle aree ad alte precipitazioni si verificano a scapito dell’espansione delle aree aride – un ulteriore passaggio a modelli meteorologici estremi. Ciò è dovuto al modo in cui nuvole e tempeste si raggruppano, cosa che ora potremmo simulare con questo nuovo modello climatico.” Questo nuovo modello, proposto per la prima volta nel 2019, simula il clima con una risoluzione molto più elevata rispetto ai precedenti. I modelli precedenti non potevano tenere conto delle nuvole e delle tempeste in modo così dettagliato, perdendo quindi gran parte delle complesse dinamiche del movimento dell’aria che creano le nuvole e le fanno riunire per formare tempeste più intense.

Mentre il modello simula il mondo intero allo stesso tempo, gli scienziati hanno concentrato la loro analisi sull’area dei tropici attorno all’equatore. Lo hanno fatto perché la formazione di nuvole e tempeste lì funziona in modo diverso rispetto ad altre latitudini. Caroline Muller, professoressa assistente presso l’ISTA, aggiunge: “I modelli precedenti avevano accennato all’influenza delle nuvole che si raggruppavano sulle precipitazioni estreme, ma non potevano fornire i dati necessari. In collaborazione con i nostri colleghi Bjorn Stevens e Lukas Kluft del Max Planck Institute for Meteorology, i nostri risultati si aggiungono al crescente numero di prove che dimostrano che la formazione di nuvole su scala più piccola ha un impatto cruciale sugli esiti del cambiamento climatico».

Modelli collaborativi

I ricercatori di tutto il mondo stanno collaborando alla creazione di modelli più dettagliati e realistici del clima mondiale per comprendere gli effetti del cambiamento climatico. I modelli climatici dividono l’atmosfera terrestre in parti tridimensionali, ciascuna con i propri dati su temperatura, pressione, umidità e molte altre proprietà fisiche. Quindi utilizzano equazioni fisiche per simulare il modo in cui questi pezzi interagiscono e cambiano nel tempo per creare una rappresentazione del mondo reale. Poiché la potenza di calcolo e di archiviazione non sono illimitate, questi modelli devono introdurre semplificazioni e gli scienziati lavorano continuamente per renderli più accurati.

Le generazioni precedenti di modelli climatici utilizzano porzioni di circa 100 chilometri di lunghezza orizzontale, che ne risultano ancora da decine a centinaia di migliaia che coprono l’intero globo. I progressi negli algoritmi e nei supercomputer hanno consentito agli scienziati di aumentare sempre di più la risoluzione dei modelli. “Abbiamo utilizzato un modello climatico sviluppato presso MPI-M e analizzato i dati ospitati presso il Centro tedesco di calcolo climatico di Amburgo con una risoluzione di soli cinque chilometri, il che era molto costoso dal punto di vista computazionale”, aggiunge Bao. “Tutta la ricerca sul clima è un immenso sforzo collaborativo di centinaia di persone che vogliono contribuire alla nostra comprensione del mondo e al nostro impatto su di esso.”

Bao, che si è interessato per la prima volta alla ricerca sul clima durante il suo dottorato di ricerca presso l’Università del Nuovo Galles del Sud, in Australia, e che ora lavora come ricercatore post-dottorato IST-BRIDGE presso l’ISTA, vuole continuare il suo lavoro sugli eventi di precipitazioni estreme per trovare ulteriori prove dell’esistenza di fenomeni di precipitazione estrema. le loro cause e i loro impatti utilizzando modelli aggiuntivi.

Caroline Muller, che prima ha studiato matematica e poi ha scoperto la sua passione per questioni di ricerca con un maggiore impatto nel mondo reale, e il suo gruppo di ricerca utilizzano modelli climatici per studiare la convezione dell’aria e la formazione di nuvole e tempeste su diverse scale – fino ai cicloni tropicali – – comprendere meglio le loro cause e gli impatti dei cambiamenti climatici sulla società e sulla natura.



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