Un nuevo modelo de preservación criogénica abre la puerta a
la conservación y el uso posterior exitoso de tejidos y hasta de órganos.
Un grupo de investigadores de la Escuela de Ingeniería
Química, Biológica y Ambiental de la Universidad Estatal de Oregon (OSU) ha
descubierto una nueva aproximación a la vitrificación, como se conoce el
proceso de preservación criogénica sin hielo, que podría permitir un uso del
frío casi inimaginable: la conservación de tejidos y órganos enteros que luego
se puedan usar efectivamente.
La preservación criogénica se usa mucho en la medicina
moderna. Así se conservan muestras de sangre, embriones y semillas, por
ejemplo. Pero cuando el agua que todas esas cosas contienen se congela, se
produce una cristalización que puede dañar o destruir los tejidos y las
células. Para evitarlos, se utilizan crioprotectores como el glicol de etileno.
Sin embargo, la mayor parte de esos crioprotectores son
tóxicos y, a su vez, dañan los tejidos y las células que tratan de proteger.
En definitiva, en la actualidad, el proceso tiene un gran
margen de error: la preservación criogénica puede dejar inservibles hasta un 80
por ciento de los materiales biológicos en el momento de su descongelamiento.
El equipo que integra el profesor de la OSU Adam Higgins, un
posgraduado en bioingeniería aplicada a la medicina, encontró una solución
posible a un problema en el cual trabajan muchos investigadores. El grupo tomó
el camino teórico y desarrolló un modelo matemático que simula el proceso de
congelamiento con crioprotectores, y realizó distintos cálculos hasta encontrar
una fórmula para minimizar el daño.
Explicó Higgins a Infobae: "La toxicidad durante la
vitrificación representa la combinación de la toxicidad inherente de los
crioprotectores y del tiempo que demanda cargar la muestra con un crioprotector,
lo cual depende de cuán rápidamente este crioprotector puede penetrar la
muestra. Nuestra aproximación al modelo nos permite elegir el crioprotector
menos tóxico al considerar ambos efectos. El mejor crioprotector tendrá baja
toxicidad inherente y penetrará la muestra con rapidez".
—¿Cómo se les ocurrió la idea de desarrollar un modelo
matemático para que simulara el proceso de congelamiento para buscar un modo de
minimizar el daño?
—Decidimos encarar esta investigación porque es muy sabido
que la toxicidad de los crioprotectores es un problema para los métodos de
vitrificación. Advertimos que no existen otras formas útiles para usar un
modelo matemático que guiara el diseño de métodos de vitrificación menos
tóxicos.
El modelo, además, podría ayudar también a identificar
crioprotectores menos tóxicos.
Primer gran uso: células madre
El estudio "Toxicity Minimized Cryoprotectant Addition
and Removal Procedures for Adherent Endothelial Cells" ("Agregado
crioprotector con toxicidad minimizada y procesos de extracción de células
endoteliales adherentes"), publicado en la revista científica PLOS One,
aseguró que al utilizar estos procedimientos el porcentaje de las células que
sobrevivían a la vitrificación aumentó del 10%, con el enfoque tradicional, al
80%, con esta nueva aproximación optimizada.
Se lee en las conclusiones: "Nuestros resultados
demuestran el potencial para un diseño racional de procedimientos de
vitrificación de toxicidad mínima y abren el camino para la extensión de
nuestro enfoque de optimización a otro tipo de células adherentes y también a
sistemas más complejos como tejidos y órganos".
Los investigadores de OSU descubrieron que si se expone las
células a una concentración baja de crioprotectores y se permite el tiempo para
que se hinchen, entonces la muestra se puede vitrificar luego de agregar
rápidamente una concentración alta de crioprotectores. ¿El resultado final del
proceso de preservación criogénica sin hielo? Una toxicidad mucho menor.
—"Este podría ser un paso importante hacia la
preservación de tejidos y estructuras más complejos", dijo usted en el
anuncio de prensa. ¿A cuáles se refiere y qué clase de aplicación podría darse
a esta técnica?
—Las células madre embrionarias serían una gran aplicación
para nuestro enfoque —respondió Higgins—. Los tipos de procedimientos que
diseñamos serían directamente aplicables a células cultivadas en superficies
como células madre embrionarias o pequeñas muestras, como los órganos en chip.
Los órganos en chip son, literalmente, un chip formado por
microtubos de células humanas y otros biomateriales, una suerte de miniórganos
artificiales que simulan el comportamiento que tendría un órgano humano. Sirven
para estudiar las funciones del órgano en sí y también para probar sus
reacciones a fármacos.
"La adaptación de nuestros métodos para su uso con
sistemas más complejos como tejidos de tres dimensiones u órganos llevará
trabajo adicional", agregó Higgins.
Trasplantes: desde una mejor compatibilidad a órganos de
repuesto
El futuro de la vitrificación optimizada puede acelerar el
progreso del campo de la regeneración de tejidos, es decir, el uso de células
madre embrionarias o reprogramadas para el cultivo de tejidos e, incluso,
órganos. Aunque suene a relato de ciencia ficción, en teoría una persona podría
hacer que de sus células se crearan órganos vitales y se los preservara en caso
de que los necesitara en el porvenir.
—¿Es posible imaginar un futuro de criopreservación sin
hielo, efectiva, de órganos completos? —preguntó Infobae al investigador de
OSU.
—Nuestro objetivo de largo plazo es la preservación de
tejidos y de órganos, pero el artículo publicado se concentra en la criopreservación
de un sistema de modelo más sencillo, en monocapas endoteliales. El objetivo
principal del estudio fue investigar una estrategia nueva para lograr el
equilibrio de la muestra con grandes concentraciones de agentes crioprotectores
con el fin de permitir que la muestra se vitrificara (se congelara en
temperaturas de nitrógeno líquido sin la formación de hielo). En particular,
los nuevos métodos se diseñaron mediante el uso de un enfoque matemático de
optimización que, esperamos, podremos extender a tejidos y órganos más
complejos, tridimensionales, en otros estudios futuros.
En principio, el campo actual del trasplante de órganos se
podría revolucionar si esta técnica se pudiera aplicar con éxito. Se podría,
por ejemplo, volver una rutina la conservación del órgano de un donante hasta
que se encontrara un receptor ideal desde el punto de vista de la
compatibilidad, lo cual reduciría los rechazos.
Detalló Higgins: "La capacidad de criopreservar órganos
como el pulmón, el hígado o el riñón podría tener un efecto espectacular en la
disponibilidad de órganos para trasplante, y permitir más tiempo para mejorar
la coincidencia inmunológica entre donante y receptor. Todavía quedan muchos
desafíos por resolver para que la criopreservación de órganos sea posible, pero
nuestro nuevo enfoque de optimización matemática es un paso en esa dirección".
Fuente: Diario Infobae - Ver más sobre Ciencia
