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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Il nuovo metodo di etichettatura fornisce un’interfaccia bioadesiva per sensori marini su specie diverse, morbide e fragili

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Contrassegnare gli animali marini con sensori per tracciare e studiare i loro movimenti può fornire ai ricercatori importanti informazioni ambientali e comportamentali, tra cui il consumo di energia, i cambiamenti dell’habitat e i modelli di migrazione. Ma le tecniche esistenti per collegare i sensori attualmente si basano in gran parte su ancoraggi fisici invasivi, ventose e colle rigide. Sebbene queste tecniche possano essere efficaci per gli animali marini con esoscheletri duri e animali di grandi dimensioni come gli squali, i tradizionali metodi di fissaggio delle etichette non sono ideali per le specie più fragili, come calamari e meduse.

Ora, un’interfaccia bioadesiva per sensori marini a base di idrogel morbido di nuova concezione, denominata BIMS, promette come un metodo efficace, rapido, versatile e non invasivo per etichettare e tracciare tutti i tipi di specie marine, comprese le specie morbide e fragili a cui è stato a lungo difficile accedere, secondo un nuovo articolo pubblicato su una rivista da scienziati della Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e di organizzazioni partner. L’etichettatura BIMS può aiutare i ricercatori a comprendere meglio il comportamento degli animali e allo stesso tempo ad acquisire dati oceanografici fondamentali per aiutare a comprendere meglio alcuni impatti del cambiamento climatico e per la gestione delle risorse.

Secondo l’articolo “Interfaccia bioadesiva per sensori marini su diverse specie fragili e morbide”, pubblicato nel Comunicazioni sulla natura, questa tecnologia aumenterà il monitoraggio delle condizioni oceanografiche, dell’uso degli habitat delle specie e del comportamento generale degli animali che sono importanti dal punto di vista ecologico e che rappresentano una fonte proteica fondamentale per le persone di tutto il mondo. Il modo in cui questa tecnica può espandersi per varie applicazioni – come l’applicazione di sensori ad animali precedentemente non monitorati per tracciare le loro condizioni e i loro movimenti – “è la visione di questo articolo”, ha detto il co-autore principale dell’articolo della rivista Seth Cones, un Ph. .D. candidato al programma congiunto MIT/WHOI in oceanografia/scienza e ingegneria applicata all’oceano.

L’efficacia del BIMS deriva dal fatto che contiene un sottile strato di un adesivo idrogel essiccato appositamente progettato per formare forti legami fisici e chimici con i tessuti animali e assorbire rapidamente l’acqua di mare dalla superficie di una specie marina. I sensori possono quindi aderire, come un idrogel morbido ma resistente che si adatta alla forma del corpo dell’organismo, in meno di 20 secondi. Altri metodi di etichettatura possono richiedere fino a 8,5 minuti, il che può stressare un animale, disturbare i comportamenti naturali e influire sulla qualità dei dati.

I ricercatori hanno testato l’applicabilità del BIMS a specie con tessuti distinti, tra cui calamari, razze, passere e aragoste. In questi test eticamente approvati – condotti per lo più in una grande piscina di acqua salata presso il Laboratorio di sistemi ambientali dell’OMS, oltre ai test sul campo nelle Isole Azzorre, in Portogallo – si è scoperto che il BIMS rimane attaccato a fragili animali acquatici fino a tre giorni, che consente il monitoraggio del comportamento degli animali a lungo termine.

I ricercatori hanno testato una serie di fattori, tra cui la tenacità interfacciale dell’adesivo, la stabilità dell’adesione e la sua resistenza al taglio e alla trazione. Hanno anche valutato la potenziale interruzione del comportamento degli animali e hanno scoperto che gli animali tornavano rapidamente ai comportamenti di base a livello individuale e di gruppo.

“Il BIMS ci consente di monitorare gli animali e gli oceani, in modo da poter prevedere meglio l’impatto dei cambiamenti climatici e altre preoccupazioni che riguardano gli ambienti marini”, ha affermato il coautore dell’articolo della rivista, Aran Mooney, scienziato associato in biologia presso l’OMS.

Camilo Duque London, uno studente laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT, ha aggiunto che un altro vantaggio del BIMS è fornire medicine agli animali malati o feriti, comprese le specie potenzialmente in via di estinzione. L’uso di più sensori su un animale potrebbe anche misurare la cinematica del corpo e fornire spunti per la progettazione di robot marini bioispirati. Le visioni future possono integrare sensori acustici o ottici più sofisticati. Ha inoltre sottolineato l’importanza della collaborazione nella ricerca tra l’ingegneria e le scienze marine. “Questo articolo presenta un nuovo approccio e un nuovo strumento, realizzato attraverso la collaborazione interdisciplinare, che potrebbe essere utilizzato dai biologi marini che studiano le specie fragili.”

Il finanziamento per questa ricerca è stato fornito dal National Institutes of Health, dalla National Science Foundation, dal Naval Sea Systems Command e dal Bureau of Ocean Energy Management.



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