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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Milioni di pozzi misteriosi nell’oceano decodificati

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Il fondale marino del Mare del Nord è costellato da migliaia di depressioni simili a crateri nei sedimenti, note come pockmarks. Probabilmente ce ne sono milioni negli oceani del mondo. Secondo la comune comprensione scientifica, si formano dallo scarico di fluidi come il gas serra, il metano o le acque sotterranee. La maggior parte di questi segni lascia ancora oggi perplessi i ricercatori, poiché molti non possono essere spiegati dalle infiltrazioni di liquidi. “I nostri risultati mostrano per la prima volta che queste depressioni si verificano in connessione diretta con l’habitat e il comportamento delle focene e dei cicerelli e non sono formate da fluidi in risalita”, afferma il dott. Jens Schneider von Deimling, autore principale dello studio attuale e geoscienziato presso Università di Kiel.

“I nostri dati ad alta risoluzione forniscono una nuova interpretazione per la formazione di decine di migliaia di pozzi sul fondale marino del Mare del Nord, e prevediamo che i meccanismi sottostanti si verificano a livello globale, ma fino ad ora sono stati supervisionati”, aggiunge Schneider von Deimling. Per lo studio, Schneider von Deimling e ricercatori dell’Istituto Alfred Wegener, del Centro Helmholtz per la ricerca polare e marina (AWI), dell’Università di medicina veterinaria di Hannover, Fondazione (TiHo) e dell’Istituto Leibniz per la ricerca sul Mar Baltico Warnemünde ( IOW) ha esaminato fino a pochi centimetri il fondale marino nel Mare del Nord al largo di Helgoland. Nelle loro analisi hanno incluso anche il comportamento di vertebrati come le focene.

I vertebrati lasciano buche nei fondali del Mare del Nord

Il team sospetta che la maggior parte delle depressioni sul fondale marino della Baia tedesca siano create da focene e altri animali in cerca di cibo e poi spazzate via dalle correnti del fondo. Il cicerello, un piccolo pesce simile ad un’anguilla che trascorre la maggior parte dell’anno sepolto in sedimenti poco profondi, svolge un ruolo chiave in questo processo. I cicerelli non sono solo apprezzati dall’industria della pesca, ma vengono anche consumati in grandi quantità dalle focene. “Dalle analisi del contenuto dello stomaco delle focene spiaggiate, sappiamo che i cicerelli sono un’importante fonte di cibo per la popolazione del Mare del Nord”, afferma la dott.ssa Anita Gilles del TiHo-Institute for Terrestrial and Aquatic Wildlife Research (ITAW), che da tempo ha studiato la biologia dei mammiferi marini. Nel loro studio, i ricercatori hanno dimostrato che i mammiferi marini lasciano buche nel fondale marino quando vanno a caccia di cicerelli sepolti. Sebbene queste fosse assomiglino ai familiari butteri, sono molto meno profondi.

La tecnologia avanzata dell’ecoscandaglio multiraggio fornisce informazioni sulle condizioni della fossa

Il rilevamento delle cavità è diventato possibile solo negli ultimi anni con l’aiuto della moderna tecnologia degli ecoscandagli multiraggio, che viene insegnata e praticata intensamente all’Università di Kiel. “Il meccanismo di formazione di questi pozzi, come li chiamiamo, probabilmente spiega anche l’esistenza di numerose depressioni simili a crateri sul fondo del mare in tutto il mondo, che sono state erroneamente interpretate come il risultato di perdite di gas metano”, afferma il geoscienziato Schneider von Deimling. Nel Mare del Nord, i ricercatori hanno identificato 42458 di questi pozzi poco profondi, dalla forma enigmatica, con una profondità media di soli undici centimetri, che differiscono nella loro morfologia dai crateri più conici dei pockmark.

Schneider von Deimling lavora nel gruppo di lavoro Kiel Marine Geofisica e Idroacustica presso l’Istituto di Geoscienze e nell’area di ricerca prioritaria Kiel Marine Science (KMS) presso l’Università di Kiel, ed è vicepresidente della Società Idrografica Tedesca (DHyG). Essendo un esperto nella mappatura dei fondali marini, nelle infiltrazioni di gas metano e nelle butterature dei fondali marini, non ha mai creduto che le depressioni nella baia tedesca fossero causate dall’innalzamento dei fluidi. “Abbiamo dovuto elaborare un’ipotesi alternativa per la formazione. Ciò ci ha permesso di prevedere dove si trovano potenziali siti di alimentazione delle focene, ed è esattamente dove abbiamo trovato le fosse, sempre vicine agli habitat del cicerello. La nostra analisi dei dati estesa e multidisciplinare ora fornisce una spiegazione conclusiva per la nostra ipotesi delle fosse delle focene.”

Un approccio interdisciplinare porta all’ipotesi delle fosse delle focene

La chiave delle nuove scoperte è stato un approccio interdisciplinare che ha riunito studi geologici, misurazioni geofisiche con sonar, comportamento dei vertebrati e biologia dell’alimentazione, valutazione satellitare e analisi oceanografica. Analizzando con precisione milioni di ecoscandagli raccolti dalle navi da ricerca tedesche, i ricercatori sono stati in grado di individuare gli insoliti pozzi. “Con speciali metodi di ecoscandaglio ora possiamo misurare il fondale marino con precisione centimetrica e quindi trovare pozzi poco profondi. Possiamo anche guardare nel fondo marino e vedere, ad esempio, se c’è gas metano libero”, spiega il ricercatore dell’AWI Dr. Jasper Hoffmann.

Analizzare i dati, raccolti dalle navi da ricerca su migliaia di miglia nautiche, è stato un compito immane. “Con i metodi moderni, tali strutture possono essere rilevate e caratterizzate automaticamente in set di dati acustici e analizzate automaticamente in set di dati di grandi dimensioni”, afferma il dott. Jacob Geersen, coautore dello studio.

Dal Mare del Nord al mondo: risultati con effetti di vasta portata

Il gruppo di ricerca attualmente ritiene che le fosse di alimentazione iniziali servano da nucleo per il lavaggio e che alla fine si sviluppino in fosse più grandi. Questa scoperta ha anche implicazioni globali. Il dilavamento dei sedimenti da parte dei vertebrati nell’oceano potrebbe modulare il fondale marino su scala globale e influenzare gli ecosistemi bentonici. Soltanto nell’area di studio, i pozzi coprono il 9% del fondale marino. Le stime iniziali del volume indicano che 773369 tonnellate di sedimenti sono state depositate su un’area di 1581 km². Ciò equivale all’incirca al peso di mezzo milione di automobili. “I nostri risultati hanno implicazioni di vasta portata dal punto di vista geologico e biologico. Possono aiutare a valutare i rischi ecologici associati all’espansione delle energie rinnovabili nel settore offshore e quindi a migliorare la protezione dell’ambiente marino”, conclude Schneider von Deimling.



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