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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Scienze & AmbienteI fisici analizzano il modo in cui le cellule comunicano

I fisici analizzano il modo in cui le cellule comunicano

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I team hanno bisogno di parlare tra loro per lavorare insieme, ma troppa comunicazione potrebbe non essere una buona cosa per i più piccoli collaboratori. Una nuova ricerca condotta da un gruppo che comprende i fisici di Pitt mostra che troppo poca e troppa comunicazione può ostacolare il modo in cui le cellule rispondono al loro ambiente. I risultati potrebbero avere implicazioni per comprendere come i gruppi di cellule, dalle raccolte di amebe a quelle che governano il ritmo del cuore, si uniscono per svolgere il proprio lavoro.

“Le cellule devono lavorare insieme per eseguire compiti complessi, che possono includere la sincronizzazione insieme, l’esecuzione di una funzione tutta in una volta”, ha affermato Ryan Lefebre (nella foto a sinistra), co-autore principale dell’articolo e studente di dottorato in fisica presso la Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences. “Si potrebbe pensare che quanto meglio riescono a comunicare tra loro, tanto più diventano più sincronizzati. Ma questo non è del tutto vero”.

Mentre gli scienziati hanno studiato approfonditamente il modo in cui alcuni tipi di cellule cerebrali apprendono in gruppo, lo stesso non vale per le cellule che non possono stabilire connessioni complesse e specializzate tra loro. Eppure, in molti casi, anche queste cellule più semplici riescono a coordinarsi in risposta al loro ambiente.

Per studiare questo coordinamento, i ricercatori di Pitt hanno lavorato con i colleghi dell’Oregon State University per mettere insieme un sistema semplificato per studiare un tipo di cellula cerebrale che comunica con sostanze chimiche in modo più semplice, somigliando agli organismi unicellulari e alle cellule che compongono il resto del nostro corpo.

Delineando il comportamento della rete di queste cellule è stata rivelata una quantità ottimale di comunicazione – né troppa né troppo poca – che consente loro di rispondere insieme al proprio ambiente. Il gruppo pubblicato i loro risultati nella rivista Proceedings of the National Academy of Sciences il 6 settembre.

Inizialmente i ricercatori erano perplessi sui risultati dell’esperimento, ha detto il coautore Andrea Mugler (foto a destra), professore associato di fisica alla Dietrich School e consigliere di Lefebre.

“Non abbiamo capito ciò che abbiamo visto finché non abbiamo scritto un modello matematico. Quindi potremmo approfondire e dire: “Prendiamo solo due celle””, ha detto Mugler. L’ampliamento di quel modello semplificato ha portato il team a comprendere come le interazioni tra le singole cellule producessero i modelli su larga scala della rete.

Il cambiamento della velocità delle fluttuazioni nell’ambiente della rete cellulare ha influenzato anche la capacità di risposta delle cellule: se l’ambiente cambia troppo rapidamente, le cellule non riescono a coordinarsi in modo efficace.

La chiave dell’impostazione sperimentale del team sono le cellule di una parte del cervello importante per la riproduzione e il metabolismo. Reagiscono a una sostanza chimica chiamata ATP rilasciando calcio nel loro ambiente. I ricercatori sono stati in grado di modificare l’esperimento per alterare l’efficacia con cui le cellule trasmettevano messaggi chimici e hanno utilizzato le statistiche per mostrare quali cellule agiscono come “leader” e “seguaci” in un dato momento.

Il sistema, ha spiegato Mugler, è tipico di quelli preferiti dai fisici biologici come il suo team: è abbastanza realistico da assomigliare alle reti cellulari naturali ma abbastanza semplice da essere manipolato, studiato e descritto usando la matematica. “È una sandbox per il comportamento collettivo delle cellule”, ha detto Mugler. “Possiamo capirlo e controllarlo.”

Anche se questo è un primo passo nella comprensione di come le reti di cellule rispondono collettivamente al loro ambiente, la costruzione di tale comprensione può fornire informazioni su una serie di malattie, compreso il cancro. “Molte volte, quando si verifica un malfunzionamento nei tessuti, è dovuto a una mancanza di coordinamento tra le cellule”, ha detto Mugler. “Nella crescita del tumore e nelle metastasi, le cellule smettono di essere membri del team e acquisiscono una natura più individualistica e meno coordinata”.

Successivamente, il team sta lavorando alla modellazione di reti di cellule più complesse posizionando i neuroni in labirinti generati casualmente, trasformando in realtà idee provenienti da una branca della statistica chiamata teoria della percolazione.

“Penso che produrrà dei risultati piuttosto interessanti”, ha detto Mugler.

Fonte: Università di Pittsburgh



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