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.
En clic Estados Unidos, se trasplantaron 26.517 órganos
en 2013, pero más de 120.000 pacientes se encuentran en la lista de
espera. En pocas
palabras, no existen suficientes donaciones para todos.
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.
Pero existe una posible respuesta. Si los
científicos pudieran hallar una forma de congelar órganos y traerlos de
vuelta sin incurrir en daños, posiblemente podríamos guardarlos durante
semanas o meses.
Se podría hacer lo mismo con los órganos
diseñados en el laboratorio, si somos capaces de crearlos. Teniendo esto
presente, la clic 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?
Entonces, ¿podríamos vislumbrar una época en la
que los cirujanos de trasplantes abran los congeladores y seleccionen
riñones, hígados o corazones para llevar a cabo operaciones que pueden
salvar vidas?
Los científicos han estado criopreservando o congelando con éxito pequeños grupos de células humanas durante 40 años.
Conservan óvulos y embriones inundando las células con soluciones de
los denominados compuestos crioprotectores, los cuales impiden la
formación de cristales de hielo que pueden destruir las células y
también las protegen contra la contracción mortal.
Lamentablemente, encuentran grandes obstáculos
cuando intentan implementar este proceso a mayor escala, puesto que la
arquitectura dentro de los órganos y tejidos más complejos es mucho más
vulnerable a los daños relacionados con los cristales de hielo.
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 Yoed Rabin, ingeniero mecánico de la
Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, presentó un nuevo dispositivo
que permite la visualización de imágenes térmicas de alta resolución a
todo color en tejidos de gran volumen.
Mientras tanto, Jens Karlsson de la
Universidad Villanova en Pennsylvania, ha capturado recientemente
secuencias de video microscópicas en cámara ultralenta del
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.
Fuente: BBC Salud
