[contextly_sidebar id=”7d81760ff054fd2784aad71c65a09130″]Imagine que los médicos pudieran abrir congeladores y seleccionar riñones, hígados o corazones para utilizarlos en operaciones que pueden salvar vidas. A continuación se explica por qué esto es tan difícil de lograr.

En caso de necesitar un riñón nuevo, un corazón de reemplazo u otro órgano vital, usted no tiene precisamente muchas opciones. Esto se debe a que cuando se trata de órganos humanos sanos para trasplantes que pueden salvar vidas, existe un abismo enorme entre la oferta y la demanda.

Lo que es peor, incluso a veces se desperdician los órganos que están disponibles porque no tienen mucha vida útil una vez extraídos del donante.

Por el momento, lo mejor que podemos hacer es mantenerlos en una solución especial apenas por encima de 0 grados centígrados durante uno o dos días, lo que no deja mucho tiempo para encontrar pacientes que sean receptores completamente compatibles para recibirlos.

Se podría hacer lo mismo con los órganos diseñados en el laboratorio, si somos capaces de crearlos. Teniendo esto presente, la Organ Preservation Alliance, una organización benéfica adscrita a los laboratorios de Singularity University en el Parque de Investigación de la NASA en California, tiene previsto crear un premio millonario para quien incentive avances en este sentido.

¿Es posible criopreservar?

Los científicos han estado criopreservando o congelando con éxito pequeños grupos de células humanas durante 40 años.

Sin embargo, un pequeño grupo de investigadores no se ha dado por vencido y se está preparando para el desafío, en parte, siguiendo pistas de la naturaleza.

Por ejemplo, los peces-hielo de la Antártica sobreviven en aguas muy frías a -2 grados centígrados gracias a las proteínas anticongelantes (AFP, por sus siglas en inglés), que reducen el punto de congelación de sus fluidos corporales y se unen a los cristales de hielo para detener su propagación.

Los investigadores han utilizado soluciones que contienen las AFP del pez-hielo antártico para conservar corazones de ratas durante un período de hasta 24 horas a unos cuantos grados bajo cero.

Sin embargo, a una temperatura más baja se producen efectos contraproducentes en las AFP de este animal: obligan a que los cristales de hielo en formación produzcan puntas afiladas que perforan las membranas celulares.

Otro compuesto anticongelante descubierto recientemente en un escarabajo de Alaska que puede tolerar -60 °C podría resultar más útil.

Pero los ingredientes anticongelantes por sí solos no van a hacer el trabajo. Esto se debe a que la congelación también destruye las células al afectar el flujo de fluidos dentro y fuera de ellas.

El hielo se forma en los espacios entre las células, reduciendo el volumen de líquido y aumentando la concentración de sales disueltas y otros iones. El agua se precipita desde las células hacia fuera para compensar, causando que se marchiten y mueran.

En óvulos y embriones los compuestos crioprotectores tales como el glicerol resultan muy útiles: no sólo desplazan el agua para evitar la formación de hielo dentro de las células, sino que también ayudan a evitar la contracción celular y la muerte.

El problema es que estos compuestos no pueden trabajar con la misma magia en los órganos. Por un lado, las células de los tejidos son mucho más susceptibles a la penetración del hielo.

Y aún cuando las células estén protegidas, los cristales de hielo que se forman en los espacios entre ellas destruyen las estructuras extracelulares que mantienen unido el órgano y facilitan su función.

Vitrificación

Una forma de superar los peligros de la formación de hielo es evitar que ocurra. Por eso, algunos científicos apuestan por una técnica llamada vitrificación, por la que los tejidos se enfrían tanto que se transforman en un vidrio libre de hielo.

El método ya es utilizado por algunas clínicas de fertilidad y ha producido algunos de los resultados más alentadores hasta la fecha en cuanto a la preservación de tejidos complejos.

En el año 2000, por ejemplo, Mike Taylor y sus colegas de Cell and Tissue Systems en Charleston, Carolina del Sur, vitrificaron segmentos de 5cm de longitud de la vena de un conejo, que se ubica entre las células y los órganos en términos de complejidad y demostraron que conservan la mayor parte de su función después de calentarse.

Dos años después, Greg Fahy y sus colegas de 21st-Century Medicine, una empresa de investigación de la criopreservación con sede en California, realizaron un avance importante: vitrificaron el riñón de un conejo, manteniéndolo por debajo de la temperatura de transición vítrea de -122 grados centígrados durante 10 minutos, antes de descongelarlo y trasplantarlo a un conejo que vivió durante 48 días antes de que fuera sacrificado para examinarlo.

“Era la primera vez que se había criopreservado y trasplantado un órgano vital con soporte vital posterior”, dice Fahy. “Era la prueba de que se trataba de una propuesta realista”.

Pero el riñón no funcionó tan bien como una versión sana, principalmente debido a que una parte en particular, la médula, tardaba más en absorber la solución crioprotectora, lo que significaba que se formara un poco de hielo en ella durante la descongelación.

“Aunque teníamos gran ánimo, también sabíamos que teníamos que mejorar”, añade Fahy.

“Eso es lo más cerca que hemos llegado”, dice Taylor, añadiendo una nota de cautela. “Eso fue hace más de 10 años, y si la técnica era suficientemente robusta, entonces debería haber habido informes y estudios de seguimiento que acreditaran el hallazgo, algo que no ha existido”.

El progreso ha sido lento, en parte, dice Fahy, porque dejó de producirse una sustancia química que era parte clave de su método. No obstante, su grupo ha recuperado terreno y dio un paso adelante: en la reunión anual de la Sociedad de Criobiología en 2013, Fahy presentó un método que permite que la médula se cargue más rápidamente con crioprotectores.

A pesar del optimismo de Fahy, está claro que cuando se trata de preservar órganos grandes, la vitrificación plantea algunos desafíos formidables. Para empezar, se necesitan altas concentraciones de crioprotectores (por lo menos cinco veces mayores que en un enfriamiento lento convencional) que pueden envenenar las células y los tejidos que supuestamente deben proteger.

El problema se agrava con los tejidos más grandes porque se requiere más tiempo para cargar los compuestos, lo que significa tiempos de enfriamiento más lentos y más oportunidades de que se produzca la exposición tóxica. Además, si el enfriamiento es demasiado rápido o alcanza temperaturas demasiado bajas, pueden aparecer grietas.

Este proceso de calentamiento extremadamente delicado presenta más obstáculos. Si el espécimen vitrificado no se calienta rápidamente o de manera bastante uniforme, la vidriosidad da paso a la cristalización, un proceso conocido como desvitrificación y, otra vez, puede producirse el agrietamiento.

(Este) es un desafío que aún no hemos superado”, dice John Bischof, criobiólogo e ingeniero de la Universidad de Minnesota. “El factor limitante es la rapidez y la uniformidad con las cuales podemos descongelarlo”. Y eso se debe a que el calentamiento se realiza generalmente de afuera hacia adentro.

El año pasado, Bischof y el estudiante graduado Michael Etheridge propusieron una forma de solucionar el problema: añadir nanopartículas magnéticas a la solución de crioprotectora.

La idea es que las partículas se dispersen a través del tejido y, una vez excitadas por los campos magnéticos, calienten todo de manera rápida y uniforme. El dúo está trabajando actualmente con Taylor y sus colegas para probar el método en las arterias de los conejos.

El hielo en acción

En su mayor parte, los avances en el ámbito han llegado por ensayo y error: probando combinaciones de soluciones y métodos de congelación y descongelación.

Pero los investigadores también han comenzado a aprovechar las nuevas tecnologías para examinar más de cerca cómo se comporta el hielo en las células y tejidos.

Si se comprenden los procesos en detalle, cabe esperar que se puedan diseñar métodos novedosos y más eficaces para controlarlos.

En los últimos 12 meses se han registrado avances significativos en esta área. Taylor, que trabaja con clicYoed Rabin, ingeniero mecánico de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, presentó un clicnuevo dispositivo que permite la visualización de imágenes térmicas de alta resolución a todo color en tejidos de gran volumen.

Mientras tanto, clicJens Karlsson de la Universidad Villanova en Pennsylvania, ha capturado recientemente clicsecuencias de video microscópicas en cámara ultralentadel momento en que el hielo entra en pequeñas bolsas entre dos células estrechamente unidas y luego provoca la cristalización dentro de ellas.

Las perspectivas de estos métodos podrían aportar nuevas ideas sobre la forma de manipular el proceso de congelación, dice Karlsson, que está tratando de averiguar la manera de criopreservar tejidos por medio del control cuidadoso del proceso de congelación y descongelación, en lugar de hacerlo por medio de la vitrificación.

Una posibilidad es diseñar genéticamente células que puedan persuadirse para que formen uniones célula-célula que sean capaces de resistir la criopreservación. La siguiente tarea sería encontrar una manera de dirigir la formación de hielo extracelular de modo que no afecte la función de un órgano.

Karlsson también está dispuesto a utilizar simulaciones por computadora del proceso de congelación para probar de manera efectiva millones de posibles protocolos.

“Necesitamos este tipo de herramientas para acelerar el progreso”, dice Karlsson, que compara la tarea con “intentar llegar a la luna con una fracción de los fondos dedicados a ese esfuerzo”.

Incluso con recursos limitados, el área ha demostrado que la criopreservación libre de hielo es práctica para pequeños tejidos, como un segmento de vaso sanguíneo. “La barrera que queda y que es importante”, dice Taylor, “es escalarla hasta un órgano humano”.

Para Karlsson, que sospecha que tales esfuerzos “podrían toparse contra un muro” antes de que la vitrificación sirva alguna vez para los órganos humanos, los métodos de congelación (o los que él denomina métodos basados en el hielo) representan una vía igual o incluso más fiable hacia el éxito.

Pero existe una última noción que debe tomarse en serio. “Ninguna técnica de criopreservación ofrece un 100% de supervivencia de las células componentes”, dice Taylor.

“En muchas aplicaciones esto puede tolerarse, pero para un órgano único esto podría suponer un grado considerable de lesión a reparar después del almacenamiento o trasplante”.

En última instancia, eso significa que sin importar cuán bien criopreservados estén los especímenes, es probable que sean de calidad inferior en comparación con los órganos recién adquiridos.

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