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 scienziati sviluppano un rivestimento per una migliore imaging termico attraverso finestre calde

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Un team di scienziati della Rice University ha risolto un problema di vecchia data nel campo della termografia, rendendo possibile catturare immagini nitide di oggetti attraverso finestre calde. Le applicazioni di imaging in una serie di campi, ad esempio sicurezza, sorveglianza, ricerca industriale e diagnostica, potrebbero trarre vantaggio dai risultati della ricerca, riportati sulla rivista Ingegneria delle comunicazioni.

“Supponiamo che tu voglia utilizzare la termografia per monitorare le reazioni chimiche in una camera di reattore ad alta temperatura”, ha detto Gururaj Naik, professore associato di ingegneria elettrica e informatica alla Rice e autore corrispondente dello studio. “Il problema che dovresti affrontare è che la radiazione termica emessa dalla finestra stessa sovrasta la telecamera, oscurando la vista degli oggetti dall’altra parte.”

Una possibile soluzione potrebbe comportare il rivestimento della finestra con un materiale che sopprima l’emissione di luce termica verso la telecamera, ma ciò renderebbe anche la finestra opaca. Per aggirare questo problema, i ricercatori hanno sviluppato un rivestimento che si basa su un’asimmetria ingegnerizzata per filtrare il rumore termico di una finestra calda, raddoppiando il contrasto dell’immagine termica rispetto ai metodi convenzionali.

Il nucleo di questa svolta risiede nella progettazione di risonatori su scala nanometrica, che funzionano come diapason in miniatura che intrappolano e potenziano le onde elettromagnetiche all’interno di frequenze specifiche. I risonatori sono realizzati in silicio e organizzati in una disposizione precisa che consente un controllo preciso su come la finestra emette e trasmette la radiazione termica.

“La domanda interessante per noi era se sarebbe stato possibile sopprimere l’emissione termica della finestra verso la telecamera mantenendo una buona trasmissione dal lato dell’oggetto da visualizzare”, ha detto Naik. “La teoria dell’informazione impone un ‘no’ per una risposta in qualsiasi sistema passivo. Tuttavia, esiste una scappatoia: in realtà, la fotocamera funziona con una larghezza di banda finita. Abbiamo approfittato di questa scappatoia e creato un rivestimento che sopprime l’emissione termica da dalla finestra verso la telecamera in una banda larga, ma diminuisce solo la trasmissione dall’oggetto ripreso in una banda stretta.”

Ciò è stato ottenuto progettando un metamateriale composto da due strati di diversi tipi di risonatori separati da uno strato distanziatore. Il design consente al rivestimento di sopprimere le emissioni termiche dirette verso la telecamera pur rimanendo sufficientemente trasparente da catturare la radiazione termica dagli oggetti dietro la finestra.

“La nostra soluzione al problema si ispira alla meccanica quantistica e all’ottica non hermitiana”, ha affermato Ciril Samuel Prasad, ex studente del dottorato in ingegneria della Rice e primo autore dello studio.

Il risultato è una metafinestra asimmetrica rivoluzionaria in grado di ottenere immagini termiche nitide a temperature fino a 873 K (circa 600 C).

Le implicazioni di questa svolta sono significative. Un’applicazione immediata è nella lavorazione chimica, dove il monitoraggio delle reazioni all’interno di camere ad alta temperatura è fondamentale. Al di là degli usi industriali, questo approccio potrebbe rivoluzionare l’imaging termico iperspettrale affrontando l’antico “effetto Narciso”, in cui le emissioni termiche della fotocamera stessa interferiscono con l’imaging. I ricercatori immaginano applicazioni nel risparmio energetico, nel raffreddamento radiativo e persino nei sistemi di difesa, dove l’imaging termico accurato è essenziale.

“Si tratta di un’innovazione dirompente”, hanno osservato i ricercatori. “Non solo abbiamo risolto un problema di vecchia data, ma abbiamo aperto nuove porte all’imaging in condizioni estreme. L’uso di metasuperfici e risonatori come strumenti di progettazione trasformerà probabilmente molti campi oltre l’imaging termico, dalla raccolta di energia alle tecnologie di rilevamento avanzate.”

Anche Henry Everitt, scienziato senior presso il Laboratorio di ricerca dell’esercito degli Stati Uniti e docente aggiunto alla Rice, è un autore dello studio.

La ricerca è stata supportata dall’Ufficio di ricerca dell’esercito degli Stati Uniti in base all’accordo di cooperazione numero W911NF2120031.



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