La ricerca sulla tecnologia medica progredisce di giorno in giorno. Eppure, la maggior parte delle persone spesso fatica a star dietro a questi progressi. Quanti di noi passano il tempo a cercare gli articoli scientifici più recenti, a leggerli e a capirli? Beh, noi lo facciamo. Lavorando nel campo della medicina sperimentale, è fondamentale per noi essere sempre aggiornati non solo sulla crionica, ma anche su molti argomenti legati al nostro obiettivo: la possibilità per ogni persona di decidere quanto tempo vuole vivere. Se anche a te interessano i recenti articoli scientifici sulla criopreservazione, dai un’occhiata al nostro sommario!

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A che punto siamo con lo sviluppo della criopreservazione

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Partiamo dall’inizio. Il termine “criopreservazione” si riferisce al processo di conservazione di materiale biologico a basse temperature. Cellule, tessuti, embrioni, sperma, organi e organismi completi possono essere criopreservati. Le società di biostasi (detta anche crionica) offrono servizi di criopreservazione umana). Dato che gli esseri umani sono fatti di cellule, tessuti, e organi, (per non parlare dell’importante ruolo che embrioni, sperma e ovuli ricoprono nelle nostre vite) le scoperte riguardanti uno qualsiasi di questi settori potrebbero influenzare il campo della biostasi e viceversa. Ma a che punto sono arrivati i ricercatori nella sfera della criopreservazione e delle tecniche di riscaldamento?

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L'inverno sta arrivando: il futuro di la criopreservazione

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Se sei alla ricerca di una panoramica recente sull’argomento, delle sue attuali applicazioni e prospettive, "L'inverno sta arrivando: il futuro di la criopreservazione" è l’articolo che fa per te. Pubblicato nell’aprile 2021 da Bojic, S., Murray, A., Bentley, B.L. et al. , questo lavoro è lo strumento perfetto per comprendere la criopreservazione come un "sforzo interdisciplinare tra medicina, biologia, bioinformatica, chimica e fisica [1]".

La criopreservazione è un campo di studio relativamente di nicchia, la cui branca dedicata alla criobiologia è stata fondata solo una settantina di anni fa. In questo breve periodo di tempo però, ha fatto notevoli progressi. In passato, i ricercatori erano in grado di congelare solo spermatozoi con dimensioni medie dicirca 50 micrometri (5/100.000 di un metro). Oggi, utilizzando complesse soluzioni multicomponente, possiamo vetrificare tessuti, piccoli organi e interi organismi complessi come gli esseri umani.

Ma a cosa serve esattamente la criopreservazione?

• La preservazione degli organi e dei tessuti potrebbe facilitare il processo di trapianto e risolvere i problemi legati alla carenza di donatori di organi - permettendo la creazione di una banca degli organi. C’è un gran bisogno di una soluzione di questo tipo. Infatti, nel 2010 è stato soddisfattosolo il 10% della richiesta mondiale di organi per il trapianto.
• Laconservazione della fertilità (ovuli, sperma o tessuto riproduttivo) è un campo che è cresciuto esponenzialmente, con grandi risultati. Dalla prima nascita avvenuta grazie alla fecondazione in vitro (FIVET) nel 1978, almeno 8 milioni di bambini sono venuti al mondo con l’aiuto della riproduzione medicalmente assistita.
• Anche lascoperta, lo sviluppo e la sperimentazione difarmaci potrebbero beneficiare della disponibilità di grandi quantità di tessuti e cellule criopreservati. La ricerca farmaco-tossicologica potrebbe utilizzare fette di tessuto di materiale organico umano. Questo porterebbe a risultati più efficaci e a una diminuzione dell’uso di animali da laboratorio.
• Lecellule staminali rappresentano risorse molto promettenti per l’applicazione nella terapia cellulare e nella medicina rigenerativa. Le loro applicazioni commerciali e cliniche, attualmente, dipendono dalla criopreservazione - l’unica opzione di conservazione a lungo termine disponibile.
• Infine, la criopreservazione umana potrebbe rivoluzionare completamente il campo dellamedicina d'urgenza. L'uso di temperature molto basse per salvare vite umane è ancora agli inizi. Gli stati moderati di ipotermia sono diventati recentemente una pratica comune che permette di guadagnare tempo cruciale in situazioni di emergenza. L’ipotermia di profondità e la vetrificazione sono occorrenze meno comuni, ma promettenti.

Infine, l’articolo offre spiegazioni tecniche ma non troppo complesse su aspetti fondamentali come il congelamento e la vetrificazione, i diversi agenti crioprotettori e la loro tossicità, lo scongelamento e il riscaldamento. Per concludere il lavoro con una nota molto ottimistica: sono ancora molte le opportunità che ci attendono, dai miglioramenti a breve termine nella biologia dei trapianti, ad ambizioni che un tempo potevano sembrare fantascienza, come la costruzione di banche di organi o l’animazione sospesa a lungo termine.

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Nuovi approcci a la criopreservazione di cellule, tessuti e organi

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Se ti interessa la crionica, probabilmente avrai già avuto qualche conoscenza degli argomenti trattati nel primo articolo. Questo secondo articolo, tuttavia, delinea una serie di nuovi approcci sia per la preservazione a basse temperature che per il riscaldamento. Si intitola "New approaches to cryopreservation of cells, tissues and organs" ed è stato pubblicato nel giugno 2019 da Taylor MJ, Weegman BP, Baicu SC, Giwa SE.

Lo scopo dello studio è chiaro. Lo sviluppo di una catena di approvvigionamento di organi e tessuti in grado di soddisfare le esigenze sanitarie del XXI secolo implica il superamento di due sfide (1) avere abbastanza di queste risorse salvavita e (2) avere i mezzi per conservarle e trasportarle per una varietà di applicazioni [2].

Concentriamoci su questa seconda sfida. Con le odierne tecnologie, circa il 60% dei cuori e dei polmoni donati devono essere gettati via. Questo perché la persona che ne ha bisogno si trova spesso a una distanza superiore a qualche oradi viaggio (superiore cioè alla quantità di tempo in cui questi tessuti possono sopravvivere fuori dal corpo). Per risolvere questo problema, i ricercatori stanno studiando modi per conservare tessuti e organi. La preservazione a breve termine può essere ottenuta con l’uso di temperature di pochi gradi al di sopra del punto di congelamento. Poiché non c’è formazione di ghiaccio, la procedura di scongelamento successivo è, nella maggior parte dei casi, piuttosto semplice. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, abbiamo bisogno di conservare il materiale biologico per un periodo di tempo più lungo. Diventano necessarie temperature più basse. E temperature più basse comportano il problema della formazione di ghiaccio (che danneggerebbe i tessuti). Per evitare la formazione di ghiaccio e migliorare la qualità della criopreservazione, i ricercatori utilizzano soluzioni crioprotettrici antigelo che inducono un processo chiamatovetrificazione. Ma queste soluzioni comportano il problema della tossicità durante lo scongelamento. E per questa problematica la tecnologia medica non ha ancora trovato una soluzione.

Diamo un’occhiata ad alcuni dei diversi approcci illustrati nell’articolo.

• Superraffreddamento. Molte specie in natura possono sostenere temperature corporee subcongelanti per settimane o più a lungo, superraffreddandosi/ibernandosi per evitare la formazione di ghiaccio. Il superraffreddamento potrebbe essere indotto artificialmente negli organi umani attraverso l’applicazione di agenti crioprotettori a basso peso molecolare e agenti ghiaccio-bloccanti sintetici.
• Congelamento Parziale Controllato. Ci sono almeno 45 animali che possono sopravvivere per lunghi periodi di tempo a temperature di molto sotto lo zero in uno stato dibiostasi. I ricercatori stanno studiando dei CPA (cocktail crioprotettivo) a basso peso molecolare che potrebbero aiutare a riprodurre questa capacità negli esseri umani.
• Nanoriscaldamento. Per realizzare un riscaldamento rapido e uniforme dopo la criopreservazione, potremmo usare metodi di trasferimento del calore in grado di riscaldare i tessuti dall’interno piuttosto che attraverso la sola conduzione superficiale. La tecnologia delnanoriscaldamento potrebbe farlo tramite nanoparticelle magnetiche biocompatibili perfuse con le soluzioni di vetrificazione. Attraverso campi di radiofrequenza potremmo eccitare queste nanoparticelle, causando un riscaldamento rapido e uniforme.

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Vitrificazione e nanoriscaldamento dei reni

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Vista l’importanza del nanoriscaldamento per lo scongelamento e la futura rianimazione, vediamo a che punto è la ricerca in questo campo. L’articolo "Vitrificazione e nanoriscaldamento dei reni" mostra un esperimento di successo di nanoriscaldamento su un rene di ratto. Pubblicato nell’agosto 2021 da Sharma A, Rao JS, Han Z, et al., questo lavoro suggerisce che questo metodo sia estremamente promettente per il trapianto.

Durante l’esperimento, i ricercatori hanno perfuso i reni di ratto attraverso l’arteria renale con un cocktail crioprotettivo (CPA) e nanoparticelle di ossido di ferro rivestite di silice (sIONPs). Dopo aver raffreddato i reni a -40 °C, hanno verificato la distribuzione delle sIONP e la vetrificazione dei reni attraverso l’uso della tomografia microcomputerizzata (µCT). Una volta stabilito che le soluzioni erano state perfuse correttamente, le nanoparticelle sono state eccitate applicando un campo a radiofrequenza. I reni vetrificati sono stati nanoriscaldati con successo: il modello mostra l’assenza di cristallizzazione del ghiaccio e di rotture durante questi processi. L’esperimento ha mostrato una preservazione predominante dell’integrità vascolare (velocità di flusso, bassa pressione e bassa resistenza), e tali misure sono indicatori importanti della qualità dell’organo nella pratica clinica attuale. Per contro, i ricercatori hanno notato danni causati dalla tossicità delle soluzioni crioprotettrici utilizzate. Per affrontare questo problema, ci sarà la necessità di sviluppare soluzioni di vetrificazione meno tossiche e più stabili.

Come arriva a concludere l’articolo: la combinazione degli studi di abilitazione qui riportati con la tecnologia di perfusione e crioprotezione in continua evoluzione promette una criopreservazione degli organi di pieno successo nel prossimo futuro, con implicazioni potenzialmente rivoluzionarie per il futuro del trapianto di organi[3].

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Criopreservazione di un cervello umano e sua correlazione sperimentale nei ratti

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Infine, l’ultimo articolo che ti consigliamo si concentra sulla comprensione del successo delle attuali procedure di criopreservazione nel conservare il cervello e i ricordi di un essere vivente. Pubblicato nel dicembre 2020 da Canatelli-Mallat M, Lascaray F, Entraigues-Abramson M, et al., "Cryopreservation of a human brain and its experimental correlate in rats" mostra risultati entusiasmanti.

Come indicato nell’articolo, l’idea che la criopreservazione umana sia "un’impresa irrealistica o addirittura utopica sta progressivamente cambiando negli ultimi anni [4]". La NASA, ad esempio, sta attualmente sponsorizzando progetti di ricerca sull'animazione sospesa. Questa tecnologia è considerata essenziale per i viaggi interplanetari o addirittura interstellari - e fattibile con i necessari investimenti e ricerche.

Questo studio mette a confronto il cervello criopreservato di una donna (che ha donato il suo corpo alla scienza) con il cervello di tre diversi gruppi di cervelli di ratto, criopreservati con diverse soluzioni. Tre gruppi di ratti sono stati perfusi o con il fissativo ma non congelati (gruppo di riferimento), la soluzione di vetrificazione VM1 (gruppo di controllo) o la soluzione di crioprotezione usata nel paziente (gruppo sperimentale). Dopo la conservazione a -80ºC, i cervelli della donna e dei ratti sono stati scongelati. I ricercatori non hanno trovato alcuna prova istologica di formazione di ghiaccio. Quando il ghiaccio si forma in un cervello criopreservato e successivamente si scioglie, i cristalli di ghiaccio lasciano cavità nel tessuto. Tali cavità non sono state trovate. Inoltre, hanno confrontato neuroni specifici - neuroni NeuN, immunocolorazione ippocampale SYN, DCX ippocampale e neuroni dopaminergici. Le procedure crioprotettive non hanno avuto alcun impatto negativo sullo spessore ippocampale o corticale (necessario per ricordare). Tuttavia, i neuroni immaturi (DCX positivi) dell’ippocampo hanno mostrato un impatto sfavorevole. 

Citando la discussione dell'articolo: La scoperta forse più incoraggiante del presente studio è che la densità delle sinapsi ippocampali (area immunoreattiva SYN) non è stata influenzata da nessuno dei protocolli crioprotettivi. Se gli studi futuri dimostrassero che la densità sinaptica del cervello non è influenzata dalle procedure di crioprotezione, questo suggerirebbe che il connettoma mantiene un’integrità accettabile dopo la vetrificazione. Potremmo quindi aspettarci che i cervelli criopreservati conservino una parte sostanziale delle informazioni presenti nel sistema nervoso al momento della morte [4].

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Conclusione

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La tecnologia medica non è stata ancora in grado di affrontare tutti gli aspetti legati alla criopreservazione. Tuttavia, giorno dopo giorno ci stiamo avvicinando alla possibilità di raggiungere la rianimazione con successo. Attraverso la criopreservazione umana, potremmo in un futuro (forse non troppo lontano) curare le malattie delle persone e salvare le loro vite. Magari la strada è ancora lunga, ma sicuramente non impossibile.

Unitevi alla nostra comunità di crionica e datti la possibilità di prolungare la tua vita nel futuro. Oppure fissate una telefonata con noi se hai delle domande sulla biostasi.

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Riferimenti

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[1] Bojic S, Murray A, Bentley BL, et al. Winter is coming: the future of cryopreservation. BMC Biol. 2021;19(1):56. Published 2021 Mar 24. doi:10.1186/s12915-021-00976-8

[2] Taylor MJ, Weegman BP, Baicu SC, Giwa SE. New Approaches to Cryopreservation of Cells, Tissues, and Organs. Transfus Med Hemother. 2019;46(3):197-215. doi:10.1159/000499453

[3] Sharma A, Rao JS, Han Z, et al. Vitrification and Nanowarming of Kidneys. Adv Sci (Weinh). 2021;8(19):e2101691. doi:10.1002/advs.202101691

[4] Canatelli-Mallat M, Lascaray F, Entraigues-Abramson M, et al. Cryopreservation of a Human Brain and Its Experimental Correlate in Rats. Rejuvenation Res. 2020;23(6):516-525. doi:10.1089/rej.2019.2245