La crioconservación a largo plazo y el posterior despertar podrían dejar de ser un territorio exclusivo de la ciencia ficción gracias a los resultados de un nuevo estudio publicado en la revista PNAS.
Investigadores de la Friedrich-Alexander University Erlangen-Nuremberg (FAU) y el University Hospital Erlangen lograron congelar tejido cerebral de ratones y restaurar su función al descongelarlo.
Aunque solo se revivió una pequeña porción de tejido cerebral, las neuronas fueron capaces de compartir señales eléctricas e incluso mantener los complejos procesos necesarios para la memoria y el aprendizaje.
“Antes de realizar el experimento, no estaba convencido de que esto funcionaría”, declaró el autor principal, Dr. Alexander German, investigador del Departamento de Neurología Molecular del University Hospital Erlangen, a BBC Science Focus.
“Lo que el público debería empezar a considerar es pasar de la ‘pura ciencia ficción’ a un ‘problema científico y de ingeniería serio a largo plazo’”.
Inspiración en la naturaleza
En cierto modo, la naturaleza ya ha resuelto el problema de la crioconservación. La salamandra siberiana, por ejemplo, puede sobrevivir a temperaturas de 50°C (-58°F) por debajo del punto de congelación, permaneciendo inactiva durante años en el permafrost antes de volver a su actividad normal cuando sube la temperatura.
El secreto reside en su hígado, que produce glicerol, un anticongelante natural que evita la formación de cristales de hielo dentro de las células.
La formación de hielo es precisamente el problema que ha frustrado los intentos humanos de criopreservación: los cristales crecen dentro y entre las células, destrozando mecánicamente la delicada nanoestructura del tejido vivo.
Sin embargo, los productos químicos utilizados para combatir este problema también presentan sus propios inconvenientes. Muchos son tóxicos para las células sensibles y provocan cambios perjudiciales en el equilibrio de líquidos dentro del tejido a medida que cambia su concentración.
La solución del equipo fue una técnica llamada vitrificación. En lugar de permitir que el agua se cristalice, la vitrificación reemplaza gran parte del líquido tisular con un cóctel de productos químicos crioprotectores y luego lo enfría lo suficientemente rápido como para que las moléculas queden bloqueadas en un estado similar al vidrio. Tanto el vidrio como el hielo son sólidos duros, pero el vidrio tiene una estructura aleatoria, lo que significa que no hay cristales y, por lo tanto, no hay daños mecánicos.
German y sus colegas utilizaron una solución personalizada llamada V3, cuidadosamente optimizada para ser lo menos tóxica posible al tiempo que prevenía la formación de hielo.
Luego, centraron sus experimentos en el hipocampo, una pequeña estructura del cerebro responsable de la memoria y el aprendizaje.
Seccionaron el hipocampo de ratones, con un grosor aproximadamente tres veces mayor que el de un cabello humano, y se sumergieron progresivamente en concentraciones más altas de la solución V3 antes de ser enfriados rápidamente en un cilindro de cobre enfriado con nitrógeno líquido a -196°C (-321°F) y almacenados a -150°C (-238°F) durante un período de entre diez minutos y siete días.
Al descongelar, los científicos descubrieron que la estructura de las neuronas se había conservado, y los registros eléctricos mostraron que estaban disparando y comunicándose a través del circuito del hipocampo.
Pero el verdadero premio fue algo llamado potenciación a largo plazo (LTP), un proceso por el cual las conexiones neuronales de uso frecuente se fortalecen selectivamente. Se considera ampliamente la base celular de cómo aprendemos y recordamos las cosas, y seguía funcionando.
Esto fue importante para German porque la LTP es una prueba extremadamente exigente de la función cerebral. Requiere que toda una cadena de maquinaria celular funcione a la vez: productos químicos de señalización liberados a través de las sinapsis, receptores específicos activados, iones de calcio manejados correctamente y una cascada de eventos moleculares que, en última instancia, refuerzan la conexión neuronal.
El hecho de que todo esto siguiera operativo después de la congelación completa sugirió que el tejido había sobrevivido a la vitrificación en mejores condiciones de lo esperado.
“El resultado nos dice que esta maquinaria sináptica permaneció lo suficientemente intacta como para soportar nueva plasticidad después de una detención criogénica completa”, dijo German.
Realidad versus ficción
Los usos más inmediatos son terrestres, no interestelares. Los cirujanos que extirpan tejido cerebral durante las operaciones por epilepsia actualmente deben estudiarlo de inmediato; un método de vitrificación funcional permitiría almacenar esas muestras y revisarlas años después.
La propia empresa derivada de German, Hiber, ya está trabajando para convertir la técnica en un suministro confiable de tejido neural humano preservado para el descubrimiento de fármacos y la investigación de enfermedades.
German también señaló que la física del almacenamiento a largo plazo es sorprendentemente alentadora. Una vez que el tejido cae por debajo de la temperatura de transición vítrea, el movimiento molecular y la degradación química esencialmente se detienen: no hay un reloj biológico que siga funcionando.
De hecho, la radiación podría ser un desafío mayor, dijo, especialmente si estas técnicas se van a utilizar en futuras misiones espaciales de larga distancia.
De tejidos a organismos
Aumentar la escala de una fina sección de tejido a un órgano completo, y mucho menos a un organismo completo, sigue siendo un problema completamente diferente.
En una sección, los crioprotectores se difunden desde todas las superficies. En un cerebro intacto, deben administrarse y eliminarse a través de los vasos sanguíneos, y la barrera hematoencefálica dificulta mucho esto.
Durante el recalentamiento, si las partes se descongelaran de manera desigual, los tejidos podrían agrietarse o volver a cristalizarse parcialmente, destruyendo la estructura que la vitrificación pretendía proteger.
“Nuestro estudio de PNAS es una prueba de principio en la criobiología neuronal, no una demostración de la criostasis de organismos completos”, dijo German.
“Lo que muestra es que el tejido cerebral de mamíferos adultos puede recuperar una función de circuito cercana a la fisiológica después de una detención completa en un vidrio criogénico libre de hielo. Esto es importante porque elimina la objeción de que el tejido cerebral adulto es demasiado frágil para la criopreservación”.
Para German, la verdadera importancia es menos cinematográfica que el marco de ciencia ficción sugiere. “La versión sensata de la idea de la ciencia ficción no es realmente el viaje interestelar; es ganar tiempo”, afirma.
“Si la medicina puede aprender a preservar tejidos, órganos y, quizás algún día, pacientes de manera más eficaz, entonces obtendremos una forma de conectar a las personas con mejores tratamientos en el futuro”.
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