Un grupo de investigadores de la Escuela de Ingeniería Química, Biológica y Ambiental de laUniversidad 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».
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—¿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.
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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».
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