En el trasplante de órganos, el tiempo es de suma importancia, ya que la calidad de los órganos se degrada rápidamente durante el transporte. Un equipo de científicos ha desarrollado una nueva técnica, denominan nanocalentamiento, que utiliza nanopartículas magnéticas para recalentar los tejidos y órganos antes de trasplantarlos.
Cada día mueren miles de personas en el mundo mientras esperan un trasplante de órganos. El tiempo apremia, no solo para quienes esperan los órganos, sino también para los propios órganos, que pueden deteriorarse rápidamente desde que son extraídos del donante hasta que se implantan en el receptor.
No cabe duda de que el mantenimiento de la viabilidad de los órganos desde su extracción hasta el trasplante es un factor crucial para la adecuada función y la supervivencia del injerto. En los últimos años, este proceso se ha convertido en un verdadero reto, especialmente debido a la escasez de donantes y a que las propias técnicas de conservación pueden causar lesiones importantes en los órganos y tejidos extraídos.
Normalmente, un corazón o un pulmón se mantienen viables fuera del cuerpo durante una media de cuatro a seis horas; un hígado, de ocho a doce; los intestinos, de ocho a dieciséis; un páncreas, entre doce y dieciocho; y un riñón, de veinticuatro a treinta y seis. En cualquier caso, es preferible realizar el implante lo antes posible.
La congelación puede destrozar las células con microcuchillos de hielo
El fundamento de la preservación de órganos se basa en la supresión del metabolismo y de las enzimas catabólicas mediante la perfusión en los vasos sanguíneos de determinados líquidos y una hipotermia en torno a los 4 oC. Y, aunque la congelación es un procedimiento válido para la conservación de células y tejidos más sencillos, cuando se trata de un órgano es infinitamente más complejo.
Por un lado, no hay que olvidar que un órgano consta de diferentes estructuras que reaccionan de forma diferente a la congelación de tejidos, y, por el otro, hay que tener en cuenta que el frío intenso produce la formación de cristales de hielo que, a modo de microcuchillos, destruyen las células.
El tiempo y la temperatura son, sin duda alguna, factores esenciales para preservar la viabilidad del órgano. Con el fin de prolongar la viabilidad de los tejidos humanos, investigadores de la Universidad de California en Riverside y de la Universidad de Minnesota, ambas en Estados Unidos, informan en Nano Letters, la revista de la Sociedad Estadounidense de Química (ACS, por sus siglas en inglés), de sus esfuerzos por facilitar la congelación completa de órganos potencialmente vitales, en lugar de la refrigeración, y su posterior descongelación. Todo ello causando los mínimos daños al órgano donado.
Pero ¿cómo superar este desafío biomédico? Estos científicos han demostrado que unas nanopartículas magnéticas consiguen recalentar tejidos animales congelados de forma segura.
En la Comunidad Europea fallecen diez personas al día esperando la víscera salvadora
En agosto de 2024, más de 114.000 personas estaban en la lista nacional de espera de trasplantes de Estados Unidos, según la Red de Adquisición y Trasplante de Órganos, y unas seis mil personas fallecen cada año en este país antes de recibir un trasplante de órganos. Al final de cada año, en España esperan un riñón una media de cuatro mil personas; un hígado, seiscientas; un corazón, ochenta; y un pulmón, cien.
A finales de 2022, la lista de espera para un trasplante en la Unión Europea contenía el nombre y apellidos de 51.819 personas. De ellas, fallecen diez personas al día esperando la víscera salvadora, según el Observatorio Mundial de Donación y Trasplante.
La otra cara de la moneda es que en 2023 se registraron en nuestro país un total de 3.688 trasplantes renales, 1.262 hepáticos, 479 de pulmón, 325 cardíacos, cien de páncreas y siete de intestino, según la Organización Nacional de Trasplantes (ONT).
Peligros durante el transporte
A la exigüidad de órganos, debido a la falta de donantes, se suma la pérdida de órganos en cámaras frigoríficas durante el transporte, cuando los retrasos hacen que se calienten de forma prematura.
Aunque se han desarrollado métodos para congelar órganos rápidamente sin riesgo de formación de cristales de hielo, estos pueden seguir apareciendo durante el proceso de descongelación. Para resolver este problema, Yadong Yin, del Departamento de Química de la Universidad de California en Riverside, y sus colegas desarrollaron una técnica conocida como nanocalentamiento, de la que fue pionero su colaborador John Bischof, de la Universidad de Minnesota.
La técnica de nanocalentamiento emplea nanopartículas magnéticas y campos magnéticos para descongelar tejidos congelados de forma rápida, uniforme y segura.
Nanopartículas magnéticas y campos magnéticos
Recientemente, Yin y su equipo desarrollaron nanopartículas magnéticas, imanes de barra extremadamente pequeños, que, cuando se exponen a campos magnéticos alternos, generan calor. Este consiguió descongelar rápidamente los tejidos animales almacenados a -150 ºC en una solución de las nanopartículas y un agente crioprotector.
Según el comunicado de prensa emitido por la Universidad de California en Riverside, a los investigadores les preocupaba que la distribución desigual de las nanopartículas dentro de los tejidos pudiera desencadenar un sobrecalentamiento en el lugar donde se congregaban dichas partículas. Este hándicap podría provocar lesiones en los tejidos y daños por toxicidad generados por el agente crioprotector al alcanzar una temperatura elevada.
Durante la prueba, las células cultivadas o los tejidos animales se colocaron en una solución de nanopartículas magnéticas y un líquido crioprotector, seguido de su congelación con nitrógeno líquido.
Técnica de nanocalentamiento en dos etapas
Para reducir estos riesgos, durante la prueba los investigadores sumergieron las células cultivadas o los tejidos animales en una solución que contenía nanopartículas magnéticas y una sustancia crioprotectora y, a continuación, los congelaron con nitrógeno líquido.
Luego, en la primera fase de descongelación, un campo magnético alterno inició el rápido recalentamiento de los tejidos animales. Cuando las muestras se acercaron a la temperatura de fusión del agente crioprotector, los investigadores aplicaron un primer campo magnético estático horizontal. Después, administraron un segundo campo que realineó las nanopartículas y frenó la producción excesiva de calor.
«En concreto, la generación de calor se induce por la pérdida de histéresis —tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado—, en la que la energía magnética de un campo magnético alterno externo se transforma en calor en las nanopartículas magnéticas —explica Yin. Y añade—: El aumento de la velocidad de calentamiento y la uniformidad pueden impedir el cambio de fase de los agentes crioprotectores, de modo que las moléculas de agua no tendrían tiempo suficiente para empaquetarse y formar cristales de hielo dañinos.
Puntos calientes problemáticos
Yin señala que el calentamiento se ralentizó más rápido en las zonas con más nanopartículas, lo que disipó su preocupación por los puntos calientes problemáticos.
Al aplicar el método a fibroblastos de piel humana cultivados y a arterias carótidas porcinas, los investigadores observaron que la viabilidad celular seguía siendo alta tras el nanorrecalentamiento en pocos minutos, lo que sugería que la descongelación era rápida y segura.
Según Yin, la capacidad de controlar con precisión el recalentamiento de los tejidos nos acerca un paso más a la crioconservación de órganos a largo plazo y a la esperanza de poder realizar más trasplantes para salvar vidas. «Aún quedan muchos obstáculos por salvar antes de que la nanotecnología pueda utilizarse para la crioconservación de órganos. Antes de su aplicación práctica en el trasplante de órganos, debemos asegurarnos de que los nanoimanes puedan introducirse y extraerse fácilmente de los órganos», concluye este científico.
