Un estudio de prueba de concepto demuestra el uso de ultrasonidos focalizados de alta intensidad (HIFU) para el recalentamiento controlado durante la crioconservación. El HIFU permite un calentamiento preciso y escalable que podría posibilitar la crioconservación de tejidos y órganos.
criónicaLa criopreservación, la conservación a baja temperatura de tejidos y órganos, ofrece la posibilidad de la "animación suspendida" y el almacenamiento a largo plazo para su uso futuro. Aunque la idea parece prometedora, la crioconservación plantea varios problemas, sobre todo cuando se trata de grandes volúmenes. Un problema clave es la recristalización, es decir, el crecimiento de cristales de hielo al recalentarse que pueden dañar las células y los tejidos. El recalentamiento controlado a altas velocidades es fundamental para superar este problema, pero es difícil conseguirlo de manera uniforme en muestras grandes.
Un nuevo estudio de prueba de concepto ha demostrado el uso de ondas ultrasónicas focalizadas de alta intensidad (HIFU) para lograr el rápido recalentamiento necesario para evitar la recristalización durante la crioconservación. Los HIFU utilizan ondas acústicas para generar calor en un punto determinado. El estudio, publicado en Scientific Reports, utilizó HIFU para crioconservar y recalentar con éxito el gusano nematodo Caenorhabditis elegans.
La HIFU presenta varias ventajas para la crioconservación. No crea patrones de calentamiento estacionarios y evita el desbordamiento térmico, lo que permite un control preciso de las tasas de recalentamiento. También puede utilizarse con crioprotectores convencionales y controlarse en tiempo real mediante resonancia magnética (RM). Y lo que es más importante, la HIFU se puede ampliar a volúmenes de muestra mayores utilizando matrices de transductores. Estas propiedades hacen del HIFU una herramienta prometedora para lograr el recalentamiento rápido y uniforme necesario para la crioconservación satisfactoria de tejidos y órganos.
Para demostrar la viabilidad de la HIFU en la crioconservación, los investigadores utilizaron C. elegans como sistema modelo animal. C . elegans es un organismo modelo muy estudiado y utilizado en muchos laboratorios, con un conjunto completo de órganos. Se crioconservaron poblaciones de unos 200 gusanos en todas las etapas de su vida utilizando un método estándar de congelación lenta en glicerol al 15% y se enfriaron a -80 °C para su almacenamiento.
Transcurridas 48 horas, los gusanos se recalentaron mediante HIFU o métodos convencionales (aire o baño de agua). El recalentamiento convencional sólo permitió sobrevivir al 35% de las larvas tempranas y al 0% de los adultos, lo que demuestra la necesidad de un recalentamiento más rápido.
Se realizaron una serie de 53 experimentos para optimizar los parámetros del HIFU, variando la velocidad de recalentamiento y el tiempo de exposición. La velocidad de recalentamiento se midió entre -60 y -40 °C, donde es más probable que se produzca la recristalización. Descubrieron que las tasas de recalentamiento más altas, de 157,8 °C/min y 217,8 °C/min, conducían a las tasas de supervivencia más elevadas cuando se aplicaban durante 60-70 segundos.
Una exposición insuficiente al HIFU (menos de 50 segundos) no consiguió un recalentamiento suficientemente rápido y no produjo supervivencia. Una exposición excesivamente prolongada (más de 70 segundos) también redujo la supervivencia, probablemente debido al sobrecalentamiento. Con los parámetros óptimos de 217,8 °C/min durante 70 segundos, las tasas de supervivencia alcanzaron el 90% en todas las fases de la vida, frente a sólo el 35% en las primeras fases larvarias y el 0% en los adultos con el recalentamiento convencional.
Los investigadores también simularon la configuración experimental utilizando modelos de elementos finitos para ayudar a determinar las dimensiones de la región focal y verificar las tasas de recalentamiento. La temperatura máxima alcanzada fue de 10 °C entre puntos de las muestras, lo que demuestra la precisión que se puede lograr con la HIFU.
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Una de las principales ventajas de la HIFU es su escalabilidad a volúmenes de muestra mayores. Los investigadores utilizaron un único transductor en este estudio, pero el aumento del número de transductores en una matriz podría permitir el recalentamiento selectivo de tejidos y órganos enteros. El recalentamiento por HIFU también podría supervisarse en tiempo real mediante resonancia magnética (RM), lo que permitiría un control preciso del calentamiento.
El éxito de la crioconservación y recuperación de C. elegans en todas las etapas de su vida demuestra el potencial del recalentamiento por HIFU para permitir la conservación a largo plazo de muchos tipos de muestras. Aunque es necesario seguir investigando, la HIFU puede ayudar a resolver el antiguo problema de la recristalización durante el recalentamiento y permitir la crioconservación de tejidos más grandes y órganos completos para la medicina regenerativa. Gracias a su escalabilidad, controlabilidad y uso rutinario en otras aplicaciones, el HIFU es una nueva herramienta prometedora para avanzar en el campo de criónica.
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