La ciencia para nada fría de las bajas temperaturas

Gente viajando congelada al espacio para no llegar convertida en ancianos, maletines con tejidos que son trasladados con sumo cuidado y hasta el propio Walt Disney tomando una larga siesta en el frío, la ciencia ficción y la mitología urbana se sirvieron de algunos conceptos científicos para alimentar sus historias. Lejos de los sets de filmación y las páginas de una novela, existe una ciencia que estudia los efectos de las bajas temperaturas sobre los organismos vivos: la criobiología.

Esta multidisciplina científica tiene como objetivo principal analizar qué le produce el frío a distintos sistemas biológicos como bacterias, hongos, células de mamíferos, plantas, etc. La criobiología como disciplina autónoma comenzó en la década del ’60 cuando se creó la Sociedad de Criobiología, se fundó la revista Criobiology y se comenzaron a sistematizar los conocimientos que eran parte de los estudios de otras especialidades que investigaban los fenómenos de adaptación al frío de diversas especies biológicas y de otras que necesitaban conservar sus especímenes y que lo hacían mediante su almacenamiento a bajas temperaturas.

Dejando de lado las historias de ciencia ficción, uno de las aplicaciones más comunes de las técnicas de la criobiología es la preservación de órganos y sus células para trasplantes. Un equipo de investigadores del CONICET liderados por Joaquín Rodríguez y Edgardo Guibert, investigadores principal e independiente del CONICET en el Centro Binacional (Argentina-Italia) de Investigaciones en Criobiología Clínica y Aplicada (CAIC) de la Universidad Nacional de Rosario (UNR) estudia las aplicaciones de esta ciencia principalmente en la biomedicina.

Cuando se ablaciona del cuerpo un órgano para trasplantarlo, se lo priva de la circulación de sangre, el órgano entra en anoxia, es decir disminuyen los niveles de oxígeno en los tejidos y los mismos empiezan a degradarse. Si en ese momento se lo somete a bajas temperaturas es posible reducir su actividad metabólica y evitar así su degradación y la muerte celular. Rodríguez aclara que el consumo de oxígeno de un órgano se reduce en un 95 por ciento cuando su temperatura se lleva de 37 ºC –temperatura de los mamíferos- a 5 ºC, y este procedimiento da una ventana de tiempo para trasladar el órgano a su receptor.

“Si bien a esa temperatura, el órgano se conserva también se desarrolla un daño por isquemia fría. Cuando se lo injerte en el receptor y se lo reoxigene generará un cuadro de daños por isquemia fría-reoxigenación que puede comprometer su funcionamiento posterior. El grado del daño va a depender del tiempo que esté en anoxia y de la composición de la solución en la cual se conserva (solución de preservación). No debemos creer que todo es tan simple como tomar células u órganos, agregarle un agente protector e introducirlo en un freezer a -180 ºC y ya está todo bien, seguro y conservado. No es lo mismo conservar un trozo de carne como alimento que conservar un tejido que después del período en frío tiene que retomar sus funciones biológicas en un organismo vivo. Esas creencias de que todo material biológico se puede conservar en frío son mitos, se puede preservar pero siempre hay que pagar un costo. Lo que hacemos nosotros es saber cuál es el que tienen esos procedimientos. La idea es estudiar qué ocurre durante esos procesos para determinar qué funciones biológicas pueden ser afectadas en un tejido u órgano al volverlos a la vida”, enfatiza el investigador.

Hay varias metodologías de frío con las que cuenta la criobiología: en el caso de la preservación en fase líquida (sin formación de hielo) pueden utilizarse la preservación hipotérmica estática y la dinámica (perfusión hipotérmica a temperaturas entre 0 y 5ºC). La preservación hipotérmica estática es la que se utiliza en los casos de ablación de órganos humanos que luego van a ser trasplantados. La metodología consiste en introducirle una solución líquida fría (solución de preservación) y mantenerlo a 5 o 6 ºC, este procedimiento lo conservará en buenas condiciones sin la formación de hielo tisular durante horas.

En el caso de preservación en fase sólida (con formación de hielo) está la criopreservación a temperaturas subcero (rango de -80 a -196 ºC) y finalmente la vitrificación (-196 a -210 ºC). Para células y estructuras pequeñas como óvulos, espermatozoides, neuronas o embriones, se recurre a la criopreservación a temperaturas subcero. Esta metodología permite una preservación de mucho más tiempo, se pueden preservar por años.

Finalmente, la vitrificación consiste en la formación de un estado amorfo de la materia. Este estado se logra mediante la aplicación de una alta velocidad de enfriamiento y una considerable concentración tisular de agente llamado vitrificante de esta manera se impide la formación de cristales de hielo en el tejido. Se produce un vidrio amorfo al reemplazar parte del agua de los tejidos por el agente protector, sustancias como dimetilsulfóxido, glicerol, entre otras. Con esta técnica se logran viabilidades tisulares excelentes, la limitante es que sólo se puede lograr con volúmenes de tejido muy pequeños.

“Si trabajás para conservar de una manera ‘indefinida’ tenés que someter a más frío, es decir, criopreservar. No podemos hacerlo en órganos pero si en células aisladas porque son estructuras mucho más simples. Sabemos que un órgano de mamífero, por ejemplo, está formado por varios tipos celulares, organizados en una arquitectura específica. Si pensamos en congelarlo hay que considerar que cada célula tiene una velocidad de enfriamiento diferente, esto está relacionado a la permeabilidad al agua de la membrana celular y a otras variables. Si lo congelamos a -196 ºC probablemente conservemos algunos tipos celulares y dañemos otros, por eso actualmente no podemos congelar órganos sino preservarlos en fase líquida. Al someter un tejido a temperaturas criogénicas, estamos suspendiendo la vida celular, por eso en teoría podríamos almacenarlo mucho tiempo en esta condición para luego cuando sea necesario revivirlo. Estos procedimientos en tejidos que funcionan a 37 ºC al someterlos a -196 tiene siempre algún costo”, asegura Rodríguez.

Además del estudio de distintas soluciones de preservación y de maniobras farmacológicas que permitan neutralizar los efectos de la isquemia fría-reoxigenación, el equipo de Rodríguez tiene un proyecto para el desarrollo de una máquina de perfusión hipotérmica, que en lugar de preservar el órgano de manera estática – que es como se hacen los trasplantes actualmente – conecta al órgano y le perfunde una solución que preserva los tejidos. Si bien es una técnica más complicada que la preservación estática, garantiza una mejor calidad de órgano para trasplante. Actualmente se están haciendo ensayos preclínicos de las soluciones desarrolladas en el CAIC en el Instituto de Trasplante Multiorgánico de la Fundación Favaloro dirigido por el Gabriel Gondolesi, investigador independiente del CONICET en el Área de Investigación y Desarrollo de la Universidad Favaloro (AIDUF).

La gran apuesta de los científicos del CAIC apunta a generar una serie de innovaciones de aplicaciones en criobiología. Por ejemplo, al observar que en los laboratorios (de investigación, clínicas de fertilización, etc.) que utilizan nitrógeno líquido que se conserva en termos criogénicos de gran volumen y peso y cuyo manejo requiere de fuerza física y además es peligroso, el personal femenino es mayoritario, diseñaron una bomba para trasvase de nitrógeno líquido que permite trasladar pequeños volúmenes de ese compuesto a contenedores más pequeños llamados vasos de Dewar para las prácticas de laboratorio. De esta manera se minimizan los riesgos de la exposición del personal al nitrógeno líquido.

Otra de las propuestas es el desarrollo de un sistema de enfriamiento de mesada de laboratorio (minicooler). En general para mantener muestras biológicas en la mesada del laboratorio se utiliza hielo granizado, pero el mantenimiento de las máquinas que lo producen es costoso y bastante problemático, por eso los investigadores desarrollaron un instrumento para reemplazarlo. Finalmente, crearon un sistema de enfriamiento simple para la criopreservación de especímenes biológicos porque estos procedimientos usan freezers programables muy costosos que representan un problema para los laboratorios pequeños.

“Esta es una ciencia nueva totalmente multidisciplinaria, acá hay biofísicos, bioquímicos, médico, biotecnólogos, fisiólogos, biólogos, entre otros. La criobiología atraviesa las ciencias biológicas porque todas tienen necesidad de preservar sus especímenes, y el desarrollo de este conocimiento es importante como un sostén al resto de las disciplinas”, concluye Rodríguez.