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 refinam 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. Esse marco demonstrou 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 fissuras um objetivo crítico para o avanço da preservação e 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, introduziu uma nova abordagem destinada a resolver esse problema. A pesquisa deles descreve um método que pode reduzir a probabilidade de rachaduras durante a criopreservação.
Vitrificação e o papel da temperatura de transição vítrea
Para manter os órgãos viáveis fora do corpo por períodos mais longos, os cientistas contam com um processo chamado vitrificação. Esta técnica envolve o resfriamento do tecido em uma solução especializada 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 tecido ao processo. Ao ajustar esta mistura, os investigadores podem examinar como diferentes propriedades influenciam o risco de fissuras.
“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 de criopreservação mais seguras
Esta descoberta dá aos cientistas uma direção mais 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 uma parte do problema”, disse Powell-Palm. “As soluções também precisam ser biocompatíveis com o tecido”.
Impacto mais amplo além dos transplantes de órgãos
Os avanços na criopreservação vão muito além da medicina de transplante. Técnicas de preservação melhoradas poderiam 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 viabilidade de materiais biológicos, ele tem potencial para beneficiar muitas áreas de pesquisa e aplicação em ciências da vida.
“Este estudo oferece uma contribuição seminal 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 acabarão por produzir um aumento da viabilidade de sistemas biológicos em todas as escalas – desde células individuais até órgãos inteiros.”
Equipe de pesquisa e suporte
O estudo também envolveu o Dr. Soheil Kavian, Ph.D. os alunos Crystal Alvarez e Ron Sellers, e o estudante de 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 aplicando 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.
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