A criopreservação, o processo de congelamento de tecido biológico a temperaturas extremamente baixas, muitas vezes parece algo saído da ficção científica. Na verdade, os cientistas estudam e refinam esta técnica há quase um século. O progresso foi lento durante décadas, mas isso começou a mudar em 2023, quando investigadores da Universidade de Minnesota transplantaram com sucesso um rim criopreservado para outro rato. Esse marco mostrou que órgãos congelados poderiam um dia ser usados em transplantes humanos.
Apesar desse progresso, a preservação de órgãos maiores continua a ser um grande obstáculo. Um dos maiores problemas são as rachaduras, que podem ocorrer quando os tecidos esfriam muito rapidamente. Estas fraturas podem danificar o órgão e torná-lo inutilizável, tornando a prevenção de fraturas um objetivo importante para o avanço da preservação e transplante de órgãos.
Uma equipe da Texas A&M University, J. Dr. Mike Walker ’66 do Departamento de Engenharia Mecânica. Liderados por Matthew Powell-Palm, introduziram uma nova abordagem destinada a resolver este problema. Sua pesquisa descreve um método que pode reduzir a probabilidade de rachaduras durante a criopreservação.
Introdução à vitrificação e temperatura de transição vítrea
Para manter os órgãos viáveis fora do corpo por longos períodos de tempo, os cientistas contam com um processo chamado vitrificação. Esta técnica envolve resfriar o tecido em uma solução especial até que ele entre em um estado vítreo. Nesta condição, as células ficam efetivamente “congeladas no tempo” sem formar cristais de gelo prejudiciais.
A composição da solução de vitrificação desempenha um papel fundamental na sobrevivência do processo tecidual. Ao ajustar esta mistura, os pesquisadores podem examinar como diferentes propriedades afetam o risco de rachaduras.
“Neste estudo, investigamos diferentes temperaturas de transição vítrea, que acreditamos desempenhar um papel dominante na fissuração”, disse Powell-Palm, professor assistente de engenharia mecânica. “Aprendemos que temperaturas de transição vítrea mais altas reduzem a probabilidade de rachaduras.”
Projetando soluções seguras de criopreservação
Esta descoberta dá aos cientistas uma direção clara para melhorar os métodos de criopreservação. Ao desenvolver soluções aquosas de vitrificação com temperaturas de transição vítrea mais altas, os pesquisadores poderão proteger melhor os órgãos contra danos estruturais durante o congelamento.
“A rachadura é apenas parte do problema”, disse Powell-Palm. “As soluções também devem ser biocompatíveis com o tecido”.
Implicações mais amplas além do transplante de órgãos
Os avanços na criopreservação vão além da medicina de transplante. Estratégias de conservação melhoradas podem ajudar a conservar a vida selvagem e a biodiversidade, aumentar o armazenamento de vacinas e ajudar a reduzir o desperdício de alimentos. Como o método pode prolongar a viabilidade de materiais biológicos, ele tem potencial para beneficiar muitas áreas de pesquisa e aplicação em ciências da vida.
“Este estudo oferece uma contribuição fundamental para a nossa compreensão da termodinâmica de soluções aquosas”, disse o coautor e chefe do Departamento de Engenharia Mecânica, Dr. Guillermo Aguilar, que atua como professor James e Ada Forsyth. “Estou ansioso por resultados mais encorajadores nesta direção, que acabará por fornecer uma funcionalidade aprimorada de sistemas biológicos em todas as escalas – de células individuais a órgãos inteiros.”
Equipe de pesquisa e suporte
Pesquisa Dr. os alunos Crystal Alvarez e Ron Sellers, e o estudante de pós-graduação Gabriel Arismendi Sanchez, todos do Departamento de Engenharia Mecânica.
“Em sua essência, a engenharia mecânica requer uma compreensão de como algo – qualquer coisa – funciona. Este projeto integra físico-química, física do vidro, termomecânica e criobiologia”, disse Powell-Palm. “Esses alunos fizeram um trabalho incrível ao aplicar o pensamento holístico que a engenharia mecânica exige neste trabalho.”
O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Centro de Pesquisa em Engenharia para Tecnologias Avançadas para a Preservação de Sistemas Biológicos da National Science Foundation, que apoia trabalhos de ponta em criopreservação.
