A criopreservação, o processo de preservação de tecido biológico por meio do seu resfriamento a temperaturas extremamente baixas, muitas vezes parece coisa de ficção científica. Na verdade, os cientistas estudam e aperfeiçoam esta tecnologia há quase um século. O progresso tem sido lento há 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 mostra que órgãos congelados poderão um dia ser usados para transplantes humanos.
Apesar destes avanços, a preservação de órgãos maiores continua a ser um grande obstáculo. Um dos maiores problemas é a ruptura, que ocorre quando o tecido esfria muito rapidamente. Estas fraturas podem danificar o órgão e torná-lo inútil, tornando a prevenção de fissuras um objetivo fundamental no 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 este problema. O estudo descreve um método que pode reduzir a probabilidade de ruptura durante a criopreservação.
O papel da transição vítrea e da temperatura de transição vítrea
Para manter os órgãos viáveis fora do corpo por mais tempo, os cientistas contam com um processo chamado vitrificação. A técnica envolve resfriar o tecido em uma solução especializada até que ele entre em estado vítreo. Neste caso, as células são efetivamente “congeladas no tempo” sem danificar a formação de cristais de gelo.
A composição da solução de vitrificação desempenha um papel fundamental na sobrevivência do tecido ao processo. Ao ajustar essa mistura, os pesquisadores podem estudar como diferentes propriedades afetam o risco de rachaduras.
“Neste estudo, analisamos diferentes temperaturas de transição vítrea e achamos que a temperatura de transição vítrea desempenha um papel dominante na fissuração”, disse Powell-Palm, professor assistente de engenharia mecânica. “Aprendemos que uma temperatura de transição vítrea mais alta reduz a probabilidade de rachaduras.”
Projetando soluções de criopreservação mais seguras
A descoberta fornece aos cientistas uma orientação 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.
“As rachaduras são apenas parte do problema”, disse Powell-Palm. “A solução também precisa ser biocompatível com o tecido.”
Impactos mais amplos além do transplante de órgãos
Os avanços na criopreservação vão muito além da medicina de transplante. Técnicas de preservação melhoradas podem apoiar a conservação da vida selvagem e da biodiversidade, melhorar o armazenamento de vacinas e ajudar a reduzir o desperdício de alimentos. Como este método pode ampliar a viabilidade dos biomateriais, ele tem potencial para beneficiar muitas áreas de pesquisa e aplicações em ciências da vida.
“Este estudo é uma contribuição inovadora para a nossa compreensão da termodinâmica de soluções aquosas”, disse o coautor Guillermo Aguilar, Ph.D., presidente do Departamento de Engenharia Mecânica e professor James e Ida Forsythe. “Estou ansioso por resultados mais encorajadores nesta direção, que acabarão por melhorar a viabilidade dos sistemas biológicos em todas as escalas, desde células individuais até órgãos inteiros.”
Equipe de pesquisa e suporte
Dr. Soheil Kavian também participou do estudo. os alunos Crystal Alvarez e Ron Sellers, e o estudante de graduação Gabriel Arismendi Sanchez, ambos do Departamento de Engenharia Mecânica.
“Em sua essência, a engenharia mecânica requer a compreensão de como algo – qualquer coisa – funciona. O programa integra físico-química, física do vidro, termodinâmica e criobiologia”, disse Powell-Palm. “Esses alunos fizeram um ótimo trabalho ao aplicar o pensamento holístico exigido na engenharia mecânica a este trabalho.”
O financiamento para o estudo foi fornecido pelo Centro de Pesquisa em Engenharia para Tecnologias Avançadas em Preservação de Sistemas Biológicos da National Science Foundation, que apoia trabalhos de ponta em criopreservação.
