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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Fino ad ora, alcuni biomarcatori, i “protosteroidi”, sono stati trascurati come testimoni fossili della vita primordiale

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Le firme dei biomarcatori recentemente scoperte indicano un’intera gamma di organismi precedentemente sconosciuti che hanno dominato la vita complessa sulla Terra circa un miliardo di anni fa. Differivano dalla complessa vita eucariotica come la conosciamo, come animali, piante e alghe nella loro struttura cellulare e nel probabile metabolismo, che era adattato a un mondo che aveva molto meno ossigeno nell’atmosfera rispetto a oggi. Un team internazionale di ricercatori, tra cui il geochimico GFZ Christian Hallmann, riferisce ora su questa svolta per il campo della geobiologia evolutiva nella rivista Natura.

I “protosteroidi” precedentemente sconosciuti si sono rivelati sorprendentemente abbondanti durante tutto il Medioevo terrestre. Le molecole primordiali sono state prodotte in una fase precedente della complessità eucariotica, estendendo l’attuale record di steroidi fossili oltre 800 e fino a 1.600 milioni di anni fa. Eucarioti è il termine per un regno della vita che include tutti gli animali, le piante e le alghe e si distingue dai batteri per avere una struttura cellulare complessa che include un nucleo, oltre a un meccanismo molecolare più complesso. “Il clou di questa scoperta non è solo l’estensione dell’attuale record molecolare degli eucarioti,” Hallmann dice: “Dato che l’ultimo antenato comune di tutti gli eucarioti moderni, inclusi noi umani, era probabilmente in grado di produrre steroli moderni “regolari”, è molto probabile che gli eucarioti responsabili di queste rare firme appartenessero alla radice dell’albero filogenetico.”

Scorcio senza precedenti di un mondo perduto

Questa “radice” rappresenta il lignaggio ancestrale comune che era un precursore di tutti i rami ancora viventi degli eucarioti. I suoi rappresentanti sono estinti da tempo, ma i dettagli della loro natura possono gettare più luce sulle condizioni che circondano l’evoluzione della vita complessa. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche per valutare quale percentuale di protosteroidi possa aver avuto una rara fonte batterica, la scoperta di queste nuove molecole non solo riconcilia la documentazione geologica dei fossili tradizionali con quella delle molecole lipidiche fossili, ma offre uno scorcio raro e senza precedenti di un mondo perduto della vita antica. La scomparsa competitiva degli eucarioti del gruppo staminale, segnata dalla prima apparizione dei moderni steroidi fossili circa 800 milioni di anni fa, potrebbe riflettere uno degli eventi più incisivi nell’evoluzione di una vita sempre più complessa.

Quasi tutti gli eucarioti biosintetizzano gli steroidi, come il colesterolo prodotto dall’uomo e dalla maggior parte degli altri animali” aggiunge Benjamin Nettersheim dell’Università di Brema, primo autore dello studio — “a causa di effetti potenzialmente negativi sulla salute di livelli elevati di colesterolo negli esseri umani, il colesterolo non ha la migliore reputazione dal punto di vista medico. Tuttavia, queste molecole lipidiche sono parti integranti delle membrane delle cellule eucariotiche dove aiutano in una varietà di funzioni fisiologiche. Cercando steroidi fossilizzati nelle rocce antiche, possiamo tracciare l’evoluzione di una vita sempre più complessa.”

Ciò che il premio Nobel riteneva impossibile…

Il premio Nobel Konrad Bloch aveva già ipotizzato un tale biomarcatore in un saggio quasi 30 anni fa. Bloch ha suggerito che gli intermedi di breve durata nella moderna biosintesi degli steroidi potrebbero non essere sempre stati intermedi. Credeva che la biosintesi dei lipidi si evolvesse parallelamente al cambiamento delle condizioni ambientali nel corso della storia della Terra. Contrariamente a Bloch, che non credeva che questi antichi intermedi potessero mai essere trovati, Nettersheim iniziò a cercare protosteroidi in antiche rocce che erano state depositate in un momento in cui quegli intermedi avrebbero potuto effettivamente essere il prodotto finale.

Ma come trovare tali molecole nelle rocce antiche? “Abbiamo impiegato una combinazione di tecniche per convertire prima vari steroidi moderni nel loro equivalente fossilizzato; altrimenti non avremmo nemmeno saputo cosa cercare,” afferma Jochen Brocks, professore presso l’Australian National University che condivide con Nettersheim la prima paternità del nuovo studio. Gli scienziati hanno trascurato queste molecole per decenni perché non sono conformi alle tipiche immagini di ricerca molecolare. “Una volta individuato il nostro obiettivo, abbiamo scoperto che dozzine di altre rocce, prelevate da corsi d’acqua vecchi di miliardi di anni in tutto il mondo, trasudavano molecole fossili simili.”

I campioni più antichi con il biomarcatore provengono dalla formazione Barney Creek in Australia e hanno 1,64 miliardi di anni. La documentazione rupestre dei successivi 800 milioni di anni produce solo molecole fossili di eucarioti primordiali prima che le firme molecolari degli eucarioti moderni appaiano per la prima volta nel periodo toniano. Secondo Nettersheim “la Trasformazione Toniana emerge come uno dei più profondi punti di svolta ecologica nella storia del nostro pianeta.” Hallmann aggiunge che “sia i gruppi staminali primordiali che i moderni rappresentanti eucariotici come le alghe rosse possono aver vissuto fianco a fianco per molte centinaia di milioni di anni.” Durante questo periodo, tuttavia, l’atmosfera terrestre si arricchì sempre più di ossigeno — un prodotto metabolico di cianobatteri e delle prime alghe eucariotiche che sarebbero state tossiche per molti altri organismi. Successivamente, si sono verificate glaciazioni globali “Terra a palla di neve” e le comunità di protosteroli si sono in gran parte estinte. L’ultimo antenato comune di tutti gli eucarioti viventi potrebbe essere vissuto da 1,2 a 1,8 miliardi di anni fa I suoi discendenti erano probabilmente più in grado di sopravvivere al caldo e al freddo, nonché alle radiazioni UV e hanno spostato i loro parenti primordiali.

Poiché tutti gli eucarioti del gruppo staminale sono estinti da tempo, non sapremo mai con certezza come fosse la maggior parte dei nostri primi parenti, ma gli sforzi artistici hanno creato visualizzazioni provvisorie (vedi le immagini allegate), mentre gli steroidi primordiali potrebbero alla fine far più luce sulla loro biochimica e stile di vita. “La Terra è stata un mondo microbico per gran parte della sua storia e ha lasciato poche tracce”. Nettersheim conclude. La ricerca presso ANU, MARUM e GFZ continua a cercare di rintracciare le radici della nostra esistenza: la scoperta dei protosteroli ora ci avvicina di un passo alla comprensione di come vivevano e si evolvevano i nostri primi antenati.



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