A criopreservação, o processo de preservação de tecido biológico através do seu resfriamento a temperaturas extremamente baixas, muitas vezes parece algo saído da ficção científica. Na realidade, os cientistas estudam e aperfeiçoam esta técnica há quase um século. O progresso permaneceu 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. Este marco demonstrou que um dia órgãos congelados poderiam ser usados para transplantes humanos.
Apesar deste progresso, a preservação de grandes órgãos 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 inutilizá-lo, tornando a prevenção de fraturas um objetivo crítico para promover a preservação e o transplante de órgãos.
Uma equipe da Texas A&M University, liderada pelo Dr. Matthew Powell-Palm do Departamento de Engenharia Mecânica, J. Mike Walker ’66, apresentou uma nova abordagem destinada a resolver este problema. A pesquisa deles descreve um método que pode reduzir a chance de rachaduras durante a criopreservação.
Transição vítrea e o papel da temperatura de transição
Para manter os órgãos viáveis fora do corpo por mais tempo, os cientistas contam com um processo chamado vitrificação. Essa técnica envolve o resfriamento do tecido em uma solução especializada até que ele fique vítreo. Nesse estado, 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 tecido ao processo. Ao ajustar esta mistura, os pesquisadores podem estudar 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 associado de engenharia mecânica. “Aprendemos que temperaturas mais altas de vitrificação reduzem a probabilidade de rachaduras.”
Desenvolvendo soluções mais seguras para criopreservação
Esta descoberta dá aos cientistas uma direção mais clara para melhorar as técnicas de criopreservação. Ao desenvolver soluções aquosas de vitrificação com temperaturas de transição vítrea mais altas, os pesquisadores podem proteger melhor os órgãos contra danos estruturais durante o congelamento.
“A rachadura é apenas uma parte do problema”, disse Powell-Palm. “As soluções também devem ser biocompatíveis com o tecido”.
Impacto mais amplo além dos transplantes de órgãos
Os avanços na criopreservação vão muito além da medicina de transplante. Melhores práticas de conservação podem apoiar a conservação da vida selvagem e da biodiversidade, melhorar o armazenamento de vacinas e ajudar a reduzir o desperdício de alimentos. Como o método pode prolongar a vida útil dos materiais biológicos, pode beneficiar muitas áreas de pesquisa e aplicação científica.
“Este estudo dá uma contribuição importante para a nossa compreensão da termodinâmica de soluções aquosas”, disse o co-autor e presidente do Departamento de Engenharia Mecânica, Dr. Guillermo Aguilar, que é professor James e Ada Forsyth. “Estou ansioso por resultados mais encorajadores nesta direção, que acabarão por levar a um aumento da viabilidade dos sistemas biológicos em todas as escalas – desde células individuais até órgãos inteiros.”
Equipe de pesquisa e suporte
Dr. Sohail Kavian, Ph.D., também participou do estudo. os alunos Crystal Alvarez e Ron Sellers, e o aluno Gabriel Arismendi Sanchez, todos do Departamento de Engenharia Mecânica.
“Essencialmente, a engenharia mecânica requer uma compreensão de como algo – qualquer coisa – funciona. Este projeto reúne físico-química, física do vidro, termomecânica e criobiologia”, disse Powell-Palm. “Esses alunos fizeram um excelente trabalho ao aplicar o pensamento holístico que a engenharia mecânica exige neste trabalho.”
O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Centro de Tecnologias Avançadas em Preservação de Sistemas Biológicos da National Science Foundation, que apoia trabalhos avançados em criopreservação.
