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 modello migliorato del fumo degli incendi identifica le aree di intervento della sanità pubblica

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Gli incendi canadesi del giugno 2023 hanno esposto gran parte degli Stati Uniti nordorientali a livelli di fumo senza precedenti. Un nuovo modello che combina le previsioni del fumo degli incendi e i dati provenienti da sensori a terra può aiutare i funzionari della sanità pubblica a pianificare interventi mirati nelle aree più a rischio per gli effetti negativi sulla salute di eventi imprevisti di fumo e inquinamento atmosferico, secondo un team guidato da scienziati della Penn State. .

I ricercatori hanno riportato i loro risultati sulla rivista Scienza dell’ambiente totale.

“Le analisi statistiche suggeriscono che situazioni come gli incendi canadesi dello scorso anno, in cui il fumo viaggia per lunghe distanze per colpire gli Stati Uniti orientali, potrebbero diventare la norma”, ha affermato l’autore principale Manzhu Yu, assistente professore di geografia alla Penn State. “La nostra ricerca può aiutare i funzionari della sanità pubblica nelle aree urbane e rurali a pianificare interventi mirati per le comunità a maggior rischio di inquinamento atmosferico dannoso durante gli eventi di fumo degli incendi.”

I ricercatori si sono concentrati sui periodi tra il 6-8 giugno e il 28-30 giugno 2023, quando le condizioni meteorologiche e una tempesta costiera hanno spinto grandi quantità di fumo dal Canada negli Stati Uniti nordorientali. Hanno utilizzato i dati provenienti da sensori a terra e una forma di intelligenza artificiale chiamata deep learning per migliorare un modello di previsione meteorologica del Centro nazionale per la ricerca atmosferica. Il modello – il modello di ricerca e previsione meteorologica con chimica, o WRF-Chem – fornisce dati orari sulle concentrazioni superficiali di particolato fine (PM 2.5). Presenti nel fumo degli incendi e in altre forme di inquinamento atmosferico, queste minuscole particelle possono raggiungere i polmoni e causare problemi di salute.

Gli scienziati hanno anche studiato i dati anonimi sulla mobilità provenienti da dispositivi come gli smartphone per vedere come le persone hanno cambiato le loro attività di viaggio durante gli eventi legati al fumo. Inoltre, hanno condotto una valutazione della giustizia ambientale utilizzando i dati della Environmental Protection Agency degli Stati Uniti per vedere se alcuni fattori ambientali e demografici fossero correlati a una maggiore vulnerabilità agli esiti negativi sulla salute derivanti dal fumo degli incendi. Questi fattori includevano variabili come la percentuale di popolazione con meno di un’istruzione superiore, lo status di minoranza, i tassi di ospedalizzazione per infarto e asma e i carichi di inquinamento esistenti provenienti da fonti come il traffico pesante e le centrali elettriche. Hanno studiato questi fattori a livello di contea, dalla Pennsylvania e dal New Jersey fino al Maine, per vedere se alcune comunità condividevano una parte maggiore del carico di inquinamento rispetto ad altre.

Il team ha scoperto che il modello di previsione perfezionato stima meglio l’entità e i tempi dei picchi di PM 2,5, misurati in microgrammi per metro cubo di aria (μg/m3), nell’area di studio rispetto all’attuale modello di previsione. Osservando come i dati previsti corrispondono ai dati osservati, con 0 µg/m3 di PM 2,5 che significa che il modello corrisponde esattamente alle osservazioni sul terreno, l’attuale modello di previsione ha ottenuto un -6,872 µg/m3, indicando una grande sottostima dei livelli di particolato. Il modello perfezionato ha ottenuto un punteggio di 0,160 µg/m3, segnando una leggera sovrastima dei livelli di particolato che si allineavano molto più vicino a quanto misurato dai sensori a terra. Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che le comunità urbane e rurali già gravate dall’inquinamento ambientale esistente si trovano ad affrontare livelli di inquinamento atmosferico più elevati durante eventi di fumo imprevisti rispetto ad altre aree.

“La buona notizia, secondo i nostri risultati, è che quando le persone sentono parlare del fumo degli incendi, tendono a ridurre la loro mobilità”, ha detto Yu. “Ma abbiamo scoperto che durante questi eventi legati al fumo New York City, Filadelfia e le contee circostanti mostravano ancora attività di mobilità elevata. Probabilmente dobbiamo pensare a interventi mirati nelle aree urbane perché con così tante persone che vivono nella zona, i tassi di esposizione all’aria malsana sono molto alti.”

Anche le comunità rurali gravate dall’inquinamento provocato dalle centrali elettriche e dalle miniere possono avere esigenze particolari, ha affermato. Ad esempio, ha spiegato, la contea di Bennington, nel Vermont, ha pochi fattori demografici che la renderebbero più vulnerabile all’inquinamento ambientale. Tuttavia, è sede di numerose miniere, traffico pesante, siti di stoccaggio di rifiuti pericolosi e altro ancora, che contribuiscono a punteggi di inquinamento ambientale più elevati. Questi fattori hanno amplificato i livelli di inquinamento atmosferico durante le giornate fumose.

“Gli interventi di sanità pubblica si basano solitamente sulle concentrazioni di popolazione, che sono naturalmente più elevate nelle aree urbane”, ha affermato Yu. “Conoscere queste vulnerabilità esistenti nelle aree rurali può aiutare i funzionari a servire meglio queste aree e a proteggere la salute pubblica”.

Nel frattempo, le persone possono ora adottare misure per proteggere la propria salute durante la prossima stagione degli incendi.

“Suggerirei che le persone abbiano un filtro dell’aria e un monitor dell’inquinamento dell’aria interna nelle loro case”, ha detto Yu. “Possono anche migliorare l’isolamento attorno alle finestre e alle porte se i livelli di fumo sono molto elevati. Consiglierei di lavorare da casa, se possibile, o di procurarsi una maschera di alta qualità se devi viaggiare all’aperto. E penso che in Pennsylvania, dobbiamo farlo parlare di standard per le organizzazioni su come rispondiamo ai giorni del fumo, che si tratti di lavorare da casa, avere un giorno libero o licenziarsi in anticipo. Non siamo abituati a eventi legati al fumo e abbiamo bisogno di una sorta di politica o standard per proteggere la salute pubblica .”

Oltre a Yu, tra i contributori a questa ricerca della Penn State figurano Zhenlong Li, professore associato di geografia, e gli studenti di dottorato Shiyan Zhang e Huan Ning; e Kai Zhang, professore associato di Empire Innovation presso la School of Public Health dell’Università di Albany.

Penn State, attraverso il Miller Faculty Fellow Award del College of Earth and Mineral Sciences, ha sostenuto questa ricerca.



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