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 progetto proposto potrebbe raddoppiare l’efficienza delle celle solari leggere per applicazioni spaziali — ScienceDaily

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Quando si tratta di fornire energia per l’esplorazione spaziale e gli insediamenti, le celle solari comunemente disponibili fatte di silicio o arseniuro di gallio sono ancora troppo pesanti per essere trasportate in modo fattibile da un razzo. Per affrontare questa sfida, si sta esplorando un’ampia varietà di alternative leggere, comprese le celle solari costituite da un sottile strato di seleniuro di molibdeno, che rientrano nella categoria più ampia delle celle solari al dicalcogenuro di metallo di transizione 2D (2D TMDC). Pubblicato il 6 giugno nel numero inaugurale della rivista Dispositivoi ricercatori propongono un design del dispositivo che può portare l’efficienza dei dispositivi TMDC 2D dal 5%, come è già stato dimostrato, al 12%.

“Penso che le persone si stiano lentamente rendendo conto che i TMDC 2D sono materiali fotovoltaici eccellenti, sebbene non per applicazioni terrestri, ma per applicazioni mobili, più flessibili, come le applicazioni spaziali”, afferma l’autore principale e Dispositivo membro del comitato consultivo Deep Jariwala dell’Università della Pennsylvania. “Il peso delle celle solari 2D TMDC è 100 volte inferiore rispetto alle celle solari al silicio o all’arseniuro di gallio, quindi improvvisamente queste celle diventano una tecnologia molto interessante”.

Sebbene le celle solari 2D TMDC non siano efficienti come le celle solari al silicio, producono più elettricità per peso, una proprietà nota come “potenza specifica”. Questo perché uno strato di soli 3-5 nanometri di spessore – o oltre mille volte più sottile di un capello umano – assorbe una quantità di luce solare paragonabile alle celle solari disponibili in commercio. La loro estrema sottigliezza è ciò che gli fa guadagnare l’etichetta di “2D” – sono considerati “piatti” perché hanno uno spessore di pochi atomi.

“L’elevata potenza specifica è in realtà uno dei maggiori obiettivi di qualsiasi tecnologia di raccolta della luce o di raccolta di energia basata sullo spazio”, afferma Jariwala. “Questo non è importante solo per i satelliti o le stazioni spaziali, ma anche se si desidera una vera energia solare su scala industriale nello spazio”.

“Il numero di celle solari che dovreste spedire è così grande che attualmente nessun veicolo spaziale può trasportare quel tipo di materiali lassù in un modo economicamente sostenibile. Quindi, davvero la soluzione è raddoppiare le celle più leggere, che darti un potere molto più specifico.”

Il pieno potenziale delle celle solari TMDC 2D non è stato ancora pienamente realizzato, quindi Jariwala e il suo team hanno cercato di aumentare ulteriormente l’efficienza delle celle. In genere, le prestazioni di questo tipo di cella solare sono ottimizzate attraverso la fabbricazione di una serie di dispositivi di prova, ma il team di Jariwala ritiene che sia importante farlo attraverso la modellazione computazionale.

Inoltre, il team ritiene che per spingere veramente i limiti dell’efficienza, sia essenziale tenere adeguatamente conto di una delle caratteristiche distintive del dispositivo e difficili da modellare: gli eccitoni.

Gli eccitoni vengono prodotti quando la cella solare assorbe la luce solare e la loro presenza dominante è il motivo per cui una cella solare TMDC 2D ha un assorbimento solare così elevato. L’elettricità è prodotta dalla cella solare quando i componenti caricati positivamente e negativamente di un eccitone vengono convogliati verso elettrodi separati.

Modellando le celle solari in questo modo, il team è stato in grado di ideare un progetto con un’efficienza doppia rispetto a quanto già dimostrato sperimentalmente.

“La parte unica di questo dispositivo è la sua struttura superlattice, che essenzialmente significa che ci sono strati alternati di TMDC 2D separati da uno strato distanziatore o non semiconduttore”, afferma Jariwala. “Distanziare gli strati consente di far rimbalzare la luce molte, molte volte all’interno della struttura cellulare, anche quando la struttura cellulare è estremamente sottile.”

“Non ci aspettavamo che celle così sottili vedessero un valore del 12%. Dato che le attuali efficienze sono inferiori al 5%, la mia speranza è che nei prossimi 4 o 5 anni le persone possano effettivamente dimostrare che le celle sono del 10% e oltre nell’efficienza”.

Jariwala afferma che il prossimo passo è pensare a come ottenere una produzione su larga scala di wafer per il progetto proposto. “In questo momento, stiamo assemblando questi superlattici trasferendo i singoli materiali uno sopra l’altro, come fogli di carta. È come se li stessi strappando da un libro e poi incollandoli insieme come una pila di foglietti adesivi, ” dice Jarivala. “Abbiamo bisogno di un modo per far crescere questi materiali direttamente uno sopra l’altro”.



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