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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L’assottigliamento delle calotte glaciali potrebbe provocare un forte aumento delle acque subglaciali – ScienceDaily

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Due ricercatori della Georgia Tech, Alex Robel e Shi Joyce Sim, hanno collaborato a un nuovo modello su come l’acqua si muove sotto i ghiacciai. La nuova teoria mostra che fino al doppio della quantità di acqua subglaciale originariamente prevista potrebbe defluire nell’oceano, aumentando potenzialmente lo scioglimento dei ghiacciai, l’innalzamento del livello del mare e i disturbi biologici.

Il documento, pubblicato in Progressi scientifici, “L’assottigliamento contemporaneo della calotta glaciale guida l’esfiltrazione delle acque sotterranee subglaciali con potenziali feedback sul flusso dei ghiacciai”, è scritto in collaborazione con Colin Meyer (Dartmouth), Matthew Siegfried (Colorado School of Mines) e Chloe Gustafson (USGS).

Sebbene esistano metodi preesistenti per comprendere il flusso subglaciale, queste tecniche comportano calcoli che richiedono molto tempo. Al contrario, Robel e Sim hanno sviluppato una semplice equazione, che può prevedere la velocità dell’esfiltrazione, lo scarico delle acque sotterranee dalle falde acquifere sotto le calotte glaciali, utilizzando misurazioni satellitari dell’Antartide degli ultimi due decenni.

“In gergo matematico, si direbbe che abbiamo una soluzione in forma chiusa”, spiega Robel, assistente professore alla School of Earth and Atmospheric Sciences. “In precedenza, le persone avrebbero eseguito un modello idromeccanico, che avrebbe dovuto essere applicato in ogni punto dell’Antartide, e poi portato avanti per un lungo periodo di tempo.” Poiché la nuova teoria dei ricercatori è un’equazione matematicamente semplice, piuttosto che un modello, “l’intera nostra previsione può essere eseguita in una frazione di secondo su un laptop”, afferma Robel.

Robel aggiunge che, sebbene esista la precedenza per lo sviluppo di questo tipo di teorie per tipi simili di modelli, questa teoria è specifica in quanto riguarda le particolari condizioni al contorno e altre condizioni che esistono sotto le calotte glaciali. “Questa è, a nostra conoscenza, la prima teoria matematicamente semplice che descrive l’esfiltrazione e l’infiltrazione sotto le calotte glaciali.”

“È davvero bello ottenere un modello molto semplice per descrivere un processo e quindi essere in grado di prevedere cosa potrebbe accadere, soprattutto utilizzando i ricchi dati di cui disponiamo oggi. È incredibile”, aggiunge Sim, ricercatore presso la Scuola. delle Scienze della Terra e dell’Atmosfera. “Vedere i risultati è stato piuttosto sorprendente.”

Uno degli argomenti principali del documento sottolinea la potenziale grande fonte di acqua subglaciale – forse fino al doppio della quantità precedentemente ritenuta – che potrebbe influenzare la velocità con cui scorre il ghiaccio glaciale e la velocità con cui il ghiaccio si scioglie alla base. Robel e Sim sperano che le previsioni rese possibili da questa teoria possano essere incorporate nei modelli delle calotte glaciali che gli scienziati utilizzano per prevedere i futuri cambiamenti delle calotte glaciali e l’innalzamento del livello del mare.

Un ciclo di feedback pericoloso

Le falde acquifere sono aree sotterranee di roccia porosa o sedimenti ricchi di acque sotterranee. “Se si toglie peso alle falde acquifere, come quelle presenti in gran parte dell’Antartide, l’acqua inizierà a fuoriuscire dai sedimenti”, spiega Robel, facendo riferimento a un diagramma creato da Sim. Sebbene questo processo, noto come esfiltrazione, sia stato studiato in precedenza, l’attenzione si è concentrata sulle lunghe scale temporali dei cicli interglaciali, che coprono decine di migliaia di anni.

C’è stato meno lavoro sulle calotte glaciali moderne, in particolare sulla rapidità con cui potrebbe verificarsi l’esfiltrazione sotto le parti in assottigliamento dell’attuale calotta glaciale antartica. Tuttavia, utilizzando recenti dati satellitari e la loro nuova teoria, il team è stato in grado di prevedere come potrebbe apparire l’esfiltrazione sotto quelle moderne calotte di ghiaccio.

“C’è una vasta gamma di possibili previsioni”, spiega Robel. “Ma all’interno di questo intervallo di previsioni c’è la possibilità molto reale che le acque sotterranee possano fuoriuscire dalla falda acquifera a una velocità tale da renderle la maggioranza, o quasi, dell’acqua che si trova sotto la calotta glaciale”.

Se questi parametri fossero corretti, ciò significherebbe che nell’interfaccia subglaciale entra il doppio dell’acqua rispetto a quanto ipotizzato dalle stime precedenti.

Le calotte glaciali si comportano come una coperta, appoggiandosi sulla terra calda e intrappolando il calore sul fondo, lontano dall’atmosfera fredda dell’Antartide – e questo significa che il punto più caldo della calotta glaciale antartica è sul fondo della calotta, non sulla superficie. . Quando una calotta di ghiaccio si assottiglia, l’acqua sotterranea più calda può essere esfiltrata più facilmente e questo gradiente di calore può accelerare lo scioglimento della calotta di ghiaccio.

“Quando l’atmosfera si riscalda, ci vogliono decine di migliaia di anni perché il segnale si diffonda attraverso una calotta glaciale grande quanto lo spessore della calotta glaciale antartica”, spiega Robel. “Ma questo processo di esfiltrazione è una risposta all’assottigliamento già in corso della calotta glaciale, ed è una risposta immediata in questo momento.”

Ampie implicazioni

Oltre all’innalzamento del livello del mare, questa ulteriore esfiltrazione e scioglimento hanno altre implicazioni. Alcuni dei luoghi con la più ricca produttività marina del mondo si trovano al largo delle coste dell’Antartide, e essere in grado di prevedere meglio l’esfiltrazione e lo scioglimento potrebbe aiutare i biologi marini a capire meglio dove si sta verificando la produttività marina e come potrebbe cambiare in futuro.

Robel spera inoltre che questo lavoro apra la strada a ulteriori collaborazioni con idrologi delle acque sotterranee che potrebbero essere in grado di applicare la loro esperienza alle dinamiche delle calotte glaciali, mentre Sim sottolinea la necessità di ulteriori ricerche sul campo.

“Fare in modo che gli sperimentali e gli osservatori siano interessati a cercare di aiutarci a limitare meglio alcune delle proprietà di questi sedimenti carichi di acqua sarebbe molto utile”, dice Sim. “Questa è la nostra più grande incognita a questo punto, e influenza pesantemente i risultati.”

“È davvero interessante come esista il potenziale per assorbire calore dalle profondità del sistema”, aggiunge. “C’è parecchia acqua che potrebbe assorbire più calore, e penso che ci sia un budget di calore che potrebbe essere interessante da guardare.”

Andando avanti, la collaborazione continuerà a essere fondamentale. “Mi è davvero piaciuto parlare con Joyce (Sim) di questi problemi”, dice Rober, “perché Joyce è un esperto del flusso di calore e del flusso poroso all’interno della Terra, e questi sono problemi su cui non avevo mai lavorato prima. È stato gentile è un aspetto gradevole di questa collaborazione. Siamo riusciti a colmare queste due aree su cui lavora lei e su cui lavoro io.”



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