Criopreservación, la preservación de células y tejidos por congelación.
Sir Ian Wilmut: educación e investigación en criopreservación
Wilmut se crió en Coventry, una ciudad en el histórico condado inglés de Warwickshire, y asistió al Colegio Agrícola de la Universidad.
La criopreservación se basa en la capacidad de ciertas moléculas pequeñas para ingresar a las células y prevenir la deshidratación y la formación de cristales de hielo intracelulares, que pueden causar la muerte celular y la destrucción de los orgánulos celulares durante el proceso de congelación. Dos agentes crioprotectores comunes son el dimetilsulfóxido (DMSO) y el glicerol. El glicerol se usa principalmente para la crioprotección de los glóbulos rojos, y el DMSO se usa para proteger la mayoría de las otras células y tejidos. Un azúcar llamado trehalosa, que se produce en organismos capaces de sobrevivir a la deshidratación extrema, se utiliza para métodos de crioconservación por liofilización. La trehalosa estabiliza las membranas celulares, y es particularmente útil para la preservación de esperma, células madre y células sanguíneas.
La mayoría de los sistemas de criopreservación celular utilizan un congelador de velocidad controlada. Este sistema de congelación suministra nitrógeno líquido a una cámara cerrada en la que se coloca la suspensión celular. El monitoreo cuidadoso de la velocidad de congelación ayuda a prevenir la deshidratación celular rápida y la formación de cristales de hielo. En general, las células se toman de temperatura ambiente a aproximadamente -90 ° C (-130 ° F) en un congelador de velocidad controlada. La suspensión celular congelada se transfiere luego a un congelador de nitrógeno líquido mantenido a temperaturas extremadamente frías con nitrógeno en la fase de vapor o líquida. La criopreservación basada en liofilización no requiere el uso de congeladores de nitrógeno líquido.
Una aplicación importante de la criopreservación es la congelación y el almacenamiento de células madre hematopoyéticas, que se encuentran en la médula ósea y la sangre periférica. En el rescate autólogo de médula ósea, las células madre hematopoyéticas se recolectan de la médula ósea de un paciente antes del tratamiento con dosis altas de quimioterapia. Después del tratamiento, las células criopreservadas del paciente se descongelan y se infunden nuevamente en el cuerpo. Este procedimiento es necesario, ya que las dosis altas de quimioterapia son extremadamente tóxicas para la médula ósea. La capacidad de criopreservar células madre hematopoyéticas ha mejorado enormemente el resultado para el tratamiento de ciertos linfomas y tumores malignos de tumores sólidos. En el caso de pacientes con leucemia, sus células sanguíneas son cancerosas y no pueden usarse para el rescate autólogo de médula ósea. Como resultado, estos pacientes dependen de la sangre criopreservada recolectada de los cordones umbilicales de los recién nacidos o de células madre hematopoyéticas criopreservadas obtenidas de donantes. Desde finales de la década de 1990, se ha reconocido que las células madre hematopoyéticas y las células madre mesenquimales (derivadas del tejido conectivo embrionario) son capaces de diferenciarse en tejidos musculares esqueléticos y cardíacos, tejido nervioso y hueso. Hoy existe un intenso interés en el crecimiento de estas células en los sistemas de cultivo de tejidos, así como en la criopreservación de estas células para futuras terapias para una amplia variedad de trastornos, incluidos los trastornos de los sistemas nervioso y muscular y las enfermedades del hígado y el corazón..
La criopreservación también se usa para congelar y almacenar embriones y espermatozoides humanos. Es especialmente valioso para la congelación de embriones adicionales generados por la fertilización in vitro (FIV). Una pareja puede optar por utilizar embriones cyropreservados para embarazos posteriores o en el caso de que la FIV falle con los embriones frescos. En el proceso de transferencia de embriones congelados, los embriones se descongelan y se implantan en el útero de la mujer. La transferencia de embriones congelados se asocia con un aumento pequeño pero significativo en el riesgo de cáncer infantil entre los niños nacidos de dichos embriones.
La hipotermia profunda, una forma de criopreservación leve utilizada en pacientes humanos, tiene aplicaciones significativas. Un uso común de la inducción de hipotermia profunda es para procedimientos quirúrgicos cardiovasculares complejos. Después de que el paciente ha sido sometido a un bypass cardiopulmonar completo, usando una máquina corazón-pulmón, la sangre pasa a través de una cámara de enfriamiento. El enfriamiento controlado del paciente puede alcanzar temperaturas extremadamente bajas de alrededor de 10–14 ° C (50–57 ° F). Esta cantidad de enfriamiento detiene efectivamente toda actividad cerebral y proporciona protección para todos los órganos vitales. Cuando se logra este enfriamiento extremo, la máquina corazón-pulmón se puede detener y el cirujano puede corregir defectos aórticos y cardíacos muy complejos durante el paro circulatorio. Durante este tiempo, no circula sangre por el paciente. Una vez completada la cirugía, la sangre se calienta gradualmente en el mismo intercambiador de calor utilizado para enfriar. El calentamiento gradual a temperaturas corporales normales resulta en la reanudación de las funciones normales del cerebro y los órganos. Sin embargo, esta profunda hipotermia está muy lejos de la congelación y la criopreservación a largo plazo.
Las células pueden vivir más de una década si se congelan adecuadamente. Además, ciertos tejidos, como las glándulas paratiroides, las venas, las válvulas cardíacas y el tejido aórtico, se pueden crioconservar con éxito. La congelación también se usa para almacenar y mantener la viabilidad a largo plazo de embriones humanos tempranos, óvulos (óvulos) y esperma. Los procedimientos de congelación utilizados para estos tejidos están bien establecidos y, en presencia de agentes crioprotectores, los tejidos pueden almacenarse durante largos períodos de tiempo a temperaturas de -14 ° C (6,8 ° F).
La investigación ha demostrado que los animales enteros congelados en ausencia de agentes crioprotectores pueden producir células viables que contienen ADN intacto al descongelarse. Por ejemplo, los núcleos de células cerebrales de ratones enteros almacenados a -20 ° C (-4 ° F) durante más de 15 años se han utilizado para generar líneas de células madre embrionarias. Estas células se usaron posteriormente para producir clones de ratón.
