Los trasplantes son un milagro de la medicina moderna, pero la falta de órganos disponibles supone una importante carga médica para la sociedad. La discrepancia entre oferta y demanda se debe en parte a la escasez de órganos donados adecuados, pero también a la falta de capacidad de preservación. La conservación a temperaturas criogénicas puede resolver este problema, ya que se ha consolidado como medio de preservar células y tejidos vivos. criónicaPor otra parte, la criopreservación se refiere principalmente a la de seres humanos (cuerpo entero o neuropreservación) y también a la de animales. La investigación en criónica puede aportar valiosos conocimientos sobre la conservación de materiales biológicos, como tejidos y células, lo que ayuda a avanzar en la preservación de órganos. La aplicación de procedimientos de crioconservación en los trasplantes de órganos y la introducción de criobancos podrían ser revolucionarios para los pacientes y el personal médico de todo el mundo.
Detener el reloj
El reto que plantean hoy los trasplantes de órganos -como la mayoría de los procedimientos criogénicos- es el tiempo. Una vez que un cirujano extrae un riñón de un cuerpo, puede permanecer viable unas 36 horas; los hígados, hasta 16, y los corazones sobreviven apenas entre tres y cinco horas. Sin el tiempo a su favor, los equipos médicos disponen de horas como máximo para emparejar un órgano con un receptor que puede encontrarse lejos del lugar del donante. Estos escenarios típicos limitan naturalmente el número de trasplantes con éxito.
En 2022, había más de 100.000 personas en lista de espera para un trasplante de órganos en Estados Unidos, y el tiempo medio de espera oscilaba entre cuatro meses y cinco años. Según la Organización Española de Trasplantes, a finales de 2020 había aproximadamente 49.000 pacientes en lista de espera en Europa, y sólo se realizaron 28.000 trasplantes. Aproximadamente 21 personas mueren cada día en Europa esperando un trasplante. La necesidad insatisfecha de preservación de órganos impone importantes limitaciones logísticas a los trasplantes y a varios otros campos biomédicos. La limitada vida útil de las células y los tejidos biológicos no sólo dificulta el trasplante de órganos, sino también la ingeniería de tejidos y el descubrimiento de fármacos, entre otros.
Tecnología actual
Almacenamiento estático en frío
Desde los años sesenta, la conservación estática en frío se ha convertido gradualmente en el método de referencia para la preservación de órganos. El SCS consiste en lavar el órgano con una solución de preservación a 0-4 °C y sumergirlo en una solución a la misma temperatura hasta el momento del trasplante. Este entorno hipotérmico reduce el metabolismo celular y la solución de preservación proporciona crioprotección. La SCS ofrece una forma sencilla y eficaz de preservar y transportar órganos, pero conlleva una serie de limitaciones. Entre ellas se encuentran el daño tisular, la dificultad para evaluar la función y viabilidad de los órganos del donante, las lesiones por isquemia-reperfusión (IRI) y las limitadas posibilidades de reparación de los órganos. A pesar de que la CEC es la norma para la preservación de órganos, sólo puede preservar órganos y tejidos durante unas horas, lo que la convierte en una solución a muy corto plazo.
Perfusión mecánica
La perfusión mecánica sugiere otra forma de mejorar y prolongar la conservación de órganos y tejidos fuera del cuerpo, o "ex vivo". Existen perfusiones hipotérmicas y normotérmicas para el corazón, los pulmones, el hígado y los riñones. El enfoque hipotérmico se centra en ralentizar las tasas metabólicas. La normotermia intenta generar un entorno "ex vivo" imitando las condiciones fisiológicas "in vivo" (dentro del cuerpo). Los sistemas están oxigenados y utilizan soluciones de conservación o sangre diluida como perfusato. Los primeros intentos clínicos de perfusión mecánica se realizaron en los años sesenta, pero no demostraron ser superiores a la SCS. Sin embargo, con el paso de los años y debido a la escasez de órganos, se volvió a introducir esta estrategia.
Vitrificación
La vitrificación es un método por el que los órganos y tejidos se enfrían a temperaturas criogénicas sin apenas formación de cristales de hielo. La ausencia de formación de hielo se debe a la adición de distintos crioprotectores a una velocidad de enfriamiento rápida y muy controlada. Los órganos y tejidos entran en un estado vítreo amorfo a unos -125 °C, lo que permite una conservación prácticamente indefinida, necesaria para el almacenamiento de órganos. Hasta la fecha, el éxito de la criopreservación mediante vitrificación se ha logrado sobre todo en óvulos y espermatozoides, que pueden enfriarse y recalentarse rápidamente. El único órgano vitrificado y trasplantado con éxito fue un riñón de conejo. En la actualidad, los retos de la vitrificación son la toxicidad potencial de los agentes crioprotectores y los obstáculos que plantea el proceso de recalentamiento. Actualmente se están desarrollando nuevas estrategias para optimizar este procedimiento.
En las últimas cinco décadas se han desarrollado técnicas de conservación a temperaturas criogénicas para varios tipos de tejidos, con algunos avances espectaculares en los últimos tiempos. En la actualidad, sin embargo, las aplicaciones con éxito suelen estar relacionadas con especímenes pequeños, desde células madre hasta tejidos como las córneas. En humanos, los investigadores han podido criopreservar especímenes más grandes para tejidos como válvulas cardíacas, en los que la función mecánica es más prioritaria que la biológica.
Para avanzar en la ciencia y la tecnología de la crioconservación, los investigadores están utilizando conceptos de ingeniería, como la transferencia de calor y masa, la mecánica de sólidos, la ciencia de los materiales, la nanotecnología, la modelización informática, la tecnología de la información y la microelectrónica. El enfoque ingenieril puede integrar herramientas de predicción basadas en mediciones físicas, modelos matemáticos y capacidad de cálculo, lo que podría beneficiar enormemente a la investigación actual y futura.
La necesidad médica de la crioconservación
Vitrificación y bancos de órganos
Se calcula que alrededor de dos tercios de los corazones de donantes potenciales se desechan en todo el mundo. Además, en Estados Unidos se desecha hasta el 20% de los riñones de donantes potenciales por falta de tiempo para encontrar receptores adecuados. En el Reino Unido, el porcentaje de riñones desechados oscila entre el 10 y el 12%, y el de páncreas, en torno al 50%. Este despilfarro podría evitarse avanzando en los métodos de conservación, en particular la crioconservación, que es actualmente la única solución de conservación a largo plazo, para abrir bancos de órganos en todo el mundo.
Además de contribuir a paliar la escasez de órganos, los avances en los bancos de órganos podrían ampliar considerablemente las opciones de compatibilidad entre donante y receptor, mejorar la detección de enfermedades transmisibles, reducir costes, flexibilizar la programación quirúrgica y evaluar la calidad de los órganos antes del trasplante.
En 2017, la Facultad de Medicina de Harvard organizó lacumbre "Organ Banking Summit" para debatir los retos a los que se enfrenta actualmente la crioconservación. Destacados científicos e ingenieros del sector se reunieron para preparar una hoja de ruta que permita superar los obstáculos científicos de la crioconservación:
- Controlar la formación excesiva de hielo
- Mantener la toxicidad de los crioprotectores en niveles aceptables
- Limitar las tensiones mecánicas y/o termodinámicas desproporcionadas
- Control de daños excesivos por enfriamiento
- Evitar niveles inaceptables de lesión isquémica
- Garantizar protocolos de reparación y reanimación aceptables
Como se dijo en el simposio: hasta la fecha, no existen métodos eficaces para conservar órganos sólidos de forma fiable más allá de 12 horas, pero unas pocas horas más de tiempo de conservación aumentarían enormemente el número de posibles trasplantes en todo el mundo.
Conclusión
Cada año se desechan 4.000 órganos sanos porque no se encuentra un órgano compatible a tiempo, mientras que mueren más de 6.000 personas en lista de espera. Prolongar la viabilidad de los órganos permitiría transportarlos a zonas geográficas más amplias, haciendo accesibles las cirugías en todo el mundo. Los científicos afirman que la brecha entre la tecnología actual y la futura necesaria para la crioconservación sólo puede salvarse con el trabajo conjunto de criobiólogos e ingenieros. En la actualidad, la mayor parte de la investigación está en pañales y las aplicaciones y métodos sólo se han probado en animales o células humanas básicas. La investigación podría revolucionar innumerables ámbitos de la salud pública. Los avances en los bancos de órganos, la oncofertilidad, la ingeniería de tejidos, la traumatología, la preparación para emergencias y el descubrimiento de fármacos podrían ser posibles con mejores técnicas de crioconservación.
Los expertos en criogenia de Tomorrow Bio intentan continuamente hacer avanzar la investigación sobre la biostasis. Los éxitos en el campo de la crioconservación humana van de la mano de la investigación criogénica de órganos, lo que influye en los conocimientos, avances y logros. Tomorrow BioEl EBF, socio de la Comisión Europea, cuenta con un laboratorio de biostasis en el que los investigadores trabajan para mejorar las técnicas de bioconservación. Actualmente, la EBF alberga un centro de almacenamiento a largo plazo para los pacientes criopreservados de Tomorrow Bio. Además, en el EBF se llevan a cabo investigaciones apasionantes que van desde la optimización de los protocolos de crioconservación hasta el almacenamiento a temperatura intermedia, que podría resultar transformador para los trasplantes de órganos.
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