El anticongelante de los peces inspira nuevos crioprotectores para células y tejidos humanos

criopreservación

Almacenar de manera confiable muestras de tejido para descongelarlas en el futuro es "uno de los sueños definitivos"

La idea de congelar criogénicamente a una persona para preservar su cuerpo hasta muchos años en el futuro ha sido durante mucho tiempo un elemento básico de las historias de ciencia ficción. Sin embargo, la necesidad de almacenar de forma fiable materiales biológicos como células o tejidos es una preocupación común para la investigación científica y, cada vez más, también para la sociedad.

Ya sea en las oscuras y sofocantes profundidades del mar o en las hirvientes y burbujeantes piscinas termales, la vida encuentra la manera de llamarlo hogar. Por lo tanto, no es de extrañar que los peces que viven en las gélidas aguas del Ártico y la Antártida puedan servir de inspiración para una nueva generación de moléculas crioprotectoras.

Los peces y otros extremófilos de temperaturas frías producen proteínas que pueden reconocer y unirse al hielo a medida que se forma, actuando como un anticongelante. Los cristales de hielo pueden causar mucho daño al cuerpo, desde hacer que las proteínas se agrupen hasta debilitar las estructuras que mantienen unidos los tejidos.

Esto llevó al profesor Matthew Gibson de la Universidad de Warwick en el Reino Unido a intentar recrear las capacidades de las proteínas de unión al hielo utilizando polímeros sintéticos. Estos tienen la ventaja de ser más fáciles de ajustar o "afinar" para adaptarse a su propósito y fabricarlos a escala.

"Podemos hacerlo un poco más sintonizable ya que tienes literalmente miles de monómeros diferentes que podrías usar para hacer un polímero", dijo. "Nuestro objetivo era, si podemos imitar algunas de esas propiedades, aplicarlas para mejorar o cambiar la forma en que congelamos las células".

A través del proyecto CRYOSTEM, el profesor Gibson probó estos polímeros agregándolos a muestras de células madre de la médula ósea, que a menudo se congelan cuando se transportan para un trasplante. El sistema actual consiste en agregar solventes para proteger las células cuando se congelan. Sin embargo, no es lo ideal. No sobrevive una proporción significativa de las células y puede afectarlas el propio disolvente.

El profesor Gibson ha podido demostrar que sus polímeros pueden disminuir la cantidad de solvente necesaria para la criopreservación, reduciendo el daño causado a las células. Este enfoque también podría ayudar a la investigación biomédica, permitiendo a los científicos almacenar y descongelar de manera más confiable una gama más amplia de células en el laboratorio.

Ahora está ampliando este trabajo a través del proyecto ICE PACK para aplicar polímeros crioprotectores al creciente campo de los tratamientos biológicos. Los productos farmacéuticos tradicionales son típicamente pequeñas moléculas que se pueden poner en forma de tableta y permanecerán estables en el botiquín durante meses. Ahora, cada vez más de los medicamentos modernos más vendidos son proteínas, como los anticuerpos para tratar la artritis o el cáncer, que deben almacenarse con mucho más cuidado.

Más delicadas aún son las terapias basadas en células como las células CAR T, que son células inmunes modificadas que se utilizan para tratar el cáncer. Por el momento, las terapias basadas en células son raras y muy caras, pero en el futuro, pueden volverse más comunes.

"Tienen un proceso bastante complejo, en el que se obtienen del donante y luego es necesario modificarlos, congelarlos y enviarlos", dijo el profesor Gibson. "Todo lo que pueda hacer para asegurarse de que estén protegidos lo mejor posible, o para facilitar la cadena de frío, tendrá un (efecto) realmente grande en el resultado del paciente".

bacalao ártico

Imagen: A medida que las aguas del Ártico se enfriaron, el bacalao desarrolló la capacidad de producir anticongelante. (Peter Leopold)

El sueño definitivo

Al alejarse de las proteínas o células individuales, la imagen se vuelve aún más complicada.

"El hielo puede formarse dentro y fuera de la célula. Dependiendo de dónde se forme el hielo, es perjudicial para las estructuras celulares o extracelulares, por ejemplo, la matriz extracelular en la que están incrustadas las células", dijo el profesor Ilja Voets en Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos.

El desafío de congelar muestras de tejido es otra área en la que podrían ayudar los análogos de las proteínas de unión al hielo. Como parte del proyecto PROTECT, el profesor Voets está particularmente interesado en la congelación y descongelación de células y tejidos cardíacos. Actualmente, solo aproximadamente la mitad de las células se pueden utilizar después de la congelación cuando se estudian cultivos en el laboratorio. Esto se vuelve aún más difícil cuando se estudian muestras de tejido.

"Por lo general, las condiciones de conservación son óptimas para un tipo de célula (dentro del tejido cardíaco), pero no para los otros tipos, o no para el tejido en su conjunto", dijo. Es un gran desafío, pero los análogos de las proteínas que se unen al hielo no tienen que preservar perfectamente el tejido para que sean útiles. "Hay una capacidad regenerativa muy fuerte de los tejidos. Por lo tanto, en algunos casos, si el daño es modesto, el tejido puede repararse a sí mismo y aún puede usarse".

Voets está utilizando microscopía de muy alta resolución para comprender cómo los diferentes tipos de análogos de proteínas que se unen al hielo pueden prevenir la formación de hielo. Esto ayudará a crear versiones mejoradas que pueden reducir la lesión por congelación del tejido.

El potencial de almacenar de manera confiable sus propias muestras de tejido, para descongelarlas si es necesario en el futuro, es "uno de los sueños definitivos", dijo Voets.

"Digamos que alguien tiene un infarto (una región de células muertas), podrá trasplantar tejido cardíaco de ese paciente muy específico porque lo ha almacenado. Será fantástico y también podría reducir el riesgo de rechazo. Hay muchas cosas que podríamos ganar si pudiéramos almacenar más tipos de células y tejidos".

Los avances en la criopreservación ya están teniendo un impacto en la sociedad. Algunas empresas, principalmente en los EE. UU., ofrecen servicios de congelación de óvulos como un beneficio para los empleados que desean retrasar el tener un hijo. Básicamente, esto pospone la toma de decisiones sobre cómo alinear las necesidades en competencia de avance profesional y cuidado infantil, dice el profesor Thomas Lemke, de la Universidad Goethe en Alemania. "Esto es lo que a menudo se llama una solución tecnológica para un problema social", dijo.

Esta solución tecnológica impone una mayor carga al individuo para que se adapte de modo que la sociedad no tenga que cambiar. El profesor Lemke dijo que existe un peligro real de que se convierta en una expectativa social. La criopreservación podría convertirse en la póliza de seguro definitiva. Las empresas privadas ya ofrecen bancos para la sangre del cordón umbilical, que es rica en células madre. Quizás en el futuro, también podamos almacenar tejido cardíaco.

El profesor Lemke está estudiando los impactos sociales de esta "vida suspendida", como él la llama, en toda Europa a través del proyecto CRYOSOCIETIES. Está examinando cómo se han desarrollado las prácticas de criopreservación y cómo influyen en nuestra toma de decisiones.

Mientras que las sociedades han asociado a menudo la frialdad con la muerte, la criopreservación crea nuevas oportunidades desde la atención médica hasta la biodiversidad.

"Ya no es el estado de no transformación, de permanecer inerte. Más bien, moviliza las cosas y abre opciones", dijo el profesor Lemke. "Nuestra imaginería cultural de congelación está a punto de cambiar".

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