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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Record di efficienza del 19,31% con celle solari organiche — ScienceDaily

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I ricercatori della Hong Kong Polytechnic University (PolyU) hanno raggiunto una rivoluzionaria efficienza di conversione di potenza (PCE) del 19,31% con celle solari organiche (OSC), note anche come celle solari polimeriche. Questa notevole efficienza dell’OSC binario contribuirà a migliorare le applicazioni di questi dispositivi avanzati di energia solare.

Il PCE (Efficienza di conversione della potenza), una misura della potenza generata da un dato irraggiamento solare, è considerato un punto di riferimento significativo per le prestazioni del fotovoltaico (PV), o pannelli solari, nella generazione di energia. L’efficienza migliorata di oltre il 19% raggiunta dai ricercatori PolyU costituisce un record per gli OSC binari, che hanno un donatore e un accettore nello strato fotoattivo.

Guidato dal Prof. LI Gang, professore ordinario di tecnologia di conversione dell’energia e Sir Sze-Yen Chung Endowed Professor in Renewable Energy presso PolyU, il team di ricerca ha inventato una nuova tecnica di regolazione della morfologia dell’OSC utilizzando l’1,3,5-triclorobenzene come cristallizzazione regolatore. Questa nuova tecnica aumenta l’efficienza e la stabilità dell’OSC.

Il team ha sviluppato una strategia di manipolazione dello stato intermedio (ISM) non monotona per manipolare la morfologia dell’OSC con eterogiunzione di massa (BHJ), che ottimizza contemporaneamente le dinamiche di cristallizzazione e la perdita di energia delle OSC non fullereniche. A differenza della strategia dell’utilizzo di additivi solventi tradizionali, che si basa su un’eccessiva aggregazione molecolare nei film, la strategia ISM promuove la formazione di un impilamento molecolare più ordinato e un’aggregazione molecolare favorevole. Di conseguenza, il PCE è stato notevolmente aumentato e la perdita di ricombinazione non radiativa indesiderata è stata ridotta. In particolare, la ricombinazione non radiativa riduce l’efficienza di generazione della luce e aumenta la perdita di calore.

I risultati del team di ricerca sono descritti nello studio “19,3% Binary Organic Solar Cell and Low Non-Radiative Recombination Enabled by Non-Monotonic Intermediate State Transition” pubblicato su Nature Communications. La conversione dell’energia solare in elettricità è una tecnologia essenziale per raggiungere un ambiente sostenibile. Sebbene gli OSC siano dispositivi promettenti che sfruttano l’energia solare in modo conveniente, la loro efficienza deve essere migliorata se devono essere ampiamente utilizzati nelle applicazioni pratiche.

Le celle solari organiche basate su accettori non fullerenici rappresentano la frontiera della ricerca nel campo del fotovoltaico organico per le innovazioni sia nella manipolazione dei materiali che nella manipolazione della morfologia. Tuttavia, la soppressione della perdita di ricombinazione non radiativa e l’aumento delle prestazioni sono al centro della ricerca sulle cellule organiche.

Il prof. Li ha affermato: “Le sfide nella ricerca sono arrivate dai metodi di controllo della morfologia di riferimento basati su additivi esistenti, che soffrono di perdita di ricombinazione non radiativa, abbassando così la tensione del circuito aperto a causa dell’eccessiva aggregazione”. Il team di ricerca ha impiegato circa due anni per ideare una strategia ISM non monotona per aumentare l’efficienza dell’OSC e ridurre la perdita di ricombinazione non radiativa. La pubblicazione dello studio promette di galvanizzare la ricerca dell’OSC.

Il prof. Li ha dichiarato: “La nuova scoperta renderà la ricerca OSC un campo entusiasmante, e questo creerà probabilmente enormi opportunità in applicazioni come l’elettronica portatile e i fotovoltaici integrati negli edifici”. La nuova porta si aprirà quando gli OSC a giunzione singola a basso costo potranno raggiungere un PCE superiore al 20%, insieme a prestazioni più stabili e altri vantaggi unici come flessibilità, trasparenza, elasticità, peso ridotto e colore regolabile.

Il Prof. Li è stato riconosciuto come ricercatore altamente citato per 9 anni consecutivi dal 2014, il che testimonia il suo impatto significativo sulla ricerca globale. I suoi contributi pionieristici alla ricerca sulle celle solari polimeriche dal 2005 hanno portato un’influenza sostenibile sullo sviluppo dell’energia solare stampabile con riconoscimento globale.

Alla base della ricerca sul campo OPV, lo studio del Prof LI intitolato “Celle fotovoltaiche polimeriche processabili in soluzione ad alta efficienza mediante l’auto-organizzazione di miscele polimeriche”, è stato pubblicato su Nature Materials nel 2005. Questo ha rappresentato la svolta della ricerca di prima generazione di OPV che ha alimentato la tecnologia solare da questo studio di frontiera.

Nel 2010, lo studio del Prof LI intitolato “For the Bright Future — Bulk Heterojunction Polymer Solar Cells with Power Conversion Efficiency of 7.4%” è stato pubblicato su Materiale avanzato.

Il Prof. Li ha dichiarato: “L’ultimo studio mostra una perdita di ricombinazione non radiativa minima di 0,168 eV in un OSC binario con un PCE superiore al 19%. Questo è un risultato molto incoraggiante per la ricerca di lunga data sugli OSC che ho condotti negli ultimi due decenni. Abbiamo già raggiunto una migliore efficienza OSC e questo contribuirà successivamente ad accelerare le applicazioni dell’energia solare”.

Riferimenti: Nature Materials 4, 864-868 (2005). Celle fotovoltaiche polimeriche lavorabili in soluzione ad alta efficienza mediante auto-organizzazione di miscele polimeriche. Materiali avanzati vol. 22, numero 20 (2010). Per il brillante futuro — Celle solari polimeriche a eterogiunzione sfuse con un’efficienza di conversione di potenza del 7,4%.



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