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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NewsUn dispositivo produce idrogeno dalla luce solare con un'efficienza record

Un dispositivo produce idrogeno dalla luce solare con un’efficienza record

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Nuovo standard per la tecnologia dell’idrogeno verde stabilito dagli ingegneri della Rice University.

Gli ingegneri della Rice University possono rivolgersi luce solare in idrogeno con un’efficienza da primato grazie ad un dispositivo che unisce soluzioni di ultima generazione semiconduttori di perovskite ad alogenuri* con elettrocatalizzatori in un unico dispositivo durevole, conveniente e scalabile.

Secondo uno studio pubblicato su Nature Communications, il dispositivo ha raggiunto un’efficienza di conversione da solare a idrogeno del 20,8%.

La nuova tecnologia rappresenta un significativo passo avanti per l’energia pulita e potrebbe fungere da piattaforma per un’ampia gamma di reazioni chimiche che utilizzano l’elettricità raccolta dal sole per convertire materie prime in combustibili.

Il laboratorio di ingegnere chimico e biomolecolare Aditya Mohite ha costruito il fotoreattore integrato utilizzando una barriera anticorrosione che isola il semiconduttore dall’acqua senza impedire il trasferimento degli elettroni.

Aditya Mohite. Foto per gentile concessione di Aditya Mohite/Rice University

“L’utilizzo della luce solare come fonte di energia per produrre sostanze chimiche è uno dei maggiori ostacoli a un’economia basata sull’energia pulita”, ha affermato Austin Fehr, dottorando in ingegneria chimica e biomolecolare e uno degli autori principali dello studio.

“Il nostro obiettivo è costruire piattaforme economicamente fattibili in grado di generare combustibili di derivazione solare. Qui abbiamo progettato un sistema che assorbe la luce e completa l’elettrochimica chimica della scissione dell’acqua sulla sua superficie.”

Il dispositivo è noto come cella fotoelettrochimica perché l’assorbimento della luce, la sua conversione in elettricità e l’utilizzo dell’elettricità per alimentare una reazione chimica avvengono tutti nello stesso dispositivo. Fino ad ora, l’utilizzo della tecnologia fotoelettrochimica per produrre idrogeno verde era ostacolato dalla bassa efficienza e dall’alto costo dei semiconduttori.

“Tutti i dispositivi di questo tipo producono idrogeno verde utilizzando solo luce solare e acqua, ma il nostro è eccezionale perché ha un’efficienza da record e utilizza un semiconduttore molto economico”, ha affermato Fehr.

IL Laboratorio Mohite e i suoi collaboratori hanno creato il dispositivo trasformando le loro cella solare altamente competitiva in un reattore che potrebbe utilizzare l’energia raccolta per dividere l’acqua in ossigeno e idrogeno.

La sfida che hanno dovuto superare era che le perovskiti* di alogenuri sono estremamente instabili in acqua e i rivestimenti utilizzati per isolare i semiconduttori finivano per interromperne la funzione o danneggiarli.

“Negli ultimi due anni, siamo andati avanti e indietro provando diversi materiali e tecniche”, ha detto Michael Wongun ingegnere chimico della Rice e coautore dello studio.

Il dispositivo Michael Wong LG2 420 1 produce idrogeno dalla luce solare con un'efficienza record
Michael Wong. Foto per gentile concessione di Michael Wong/Rice University

Dopo che lunghe prove non sono riuscite a produrre il risultato desiderato, i ricercatori hanno finalmente trovato una soluzione vincente.

“La nostra intuizione chiave era che fossero necessari due strati per la barriera, uno per bloccare l’acqua e uno per stabilire un buon contatto elettrico tra gli strati di perovskite e lo strato protettivo”, ha detto Fehr.

“I nostri risultati sono la massima efficienza per le celle fotoelettrochimiche senza concentrazione solare e la migliore in assoluto per quelle che utilizzano semiconduttori di perovskite agli alogenuri.

“Si tratta di una novità assoluta per un campo storicamente dominato da semiconduttori dal costo proibitivo, e potrebbe rappresentare per la prima volta in assoluto un percorso verso la fattibilità commerciale di questo tipo di dispositivo”, ha affermato Fehr.

I ricercatori hanno dimostrato che la progettazione della barriera funzionava per diverse reazioni e con diversi semiconduttori, rendendola applicabile a molti sistemi.

“Ci auguriamo che tali sistemi servano da piattaforma per guidare un’ampia gamma di elettroni verso reazioni di formazione del combustibile utilizzando abbondanti materie prime con solo la luce solare come input energetico”, ha affermato Mohite.

“Con ulteriori miglioramenti in termini di stabilità e scala, questa tecnologia potrebbe aprire l’economia dell’idrogeno e cambiare il modo in cui gli esseri umani producono le cose, dal combustibile fossile al combustibile solare”, ha aggiunto Fehr.


Perovskite – Questo minerale ha una conduttività maggiore del silicio ed è meno fragile. È anche molto più abbondante sulla Terra. Nell’ultimo decennio, sforzi considerevoli hanno portato a sviluppi spettacolari, ma la sua adozione nell’optoelettronica futura rimane una sfida.
Le celle fotovoltaiche in perovskite sono ancora instabili e subiscono un invecchiamento precoce. Inoltre contengono piombo, un materiale molto dannoso per l’ambiente e la salute umana. Per questi motivi i pannelli non possono essere commercializzati.

Perovskiti ibride alogenate sono una classe di materiali semiconduttori che sono stati al centro di particolare ricerca negli ultimi anni per le loro notevoli proprietà fotoelettriche e le loro applicazioni nei sistemi fotovoltaici.

Fonte: Università di Stanford

Originalmente pubblicato su The European Times.

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