Un truco proteico de los tardígrados podría ayudar a la sangre a resistir la congelación

Los tardígrados como plantilla para sobrevivir a la congelación

Los tardígrados, las criaturas microscópicas a las que a menudo se llama osos de agua, tienen una reputación desmesurada de resistencia. Pueden congelarse por completo, desecarse hasta que casi toda su agua desaparece y exponerse al vacío del espacio, y luego revivir cuando las condiciones mejoran. Los investigadores incluso han aplicado diminutos tatuajes a estos animales, y parecieron no verse afectados por el procedimiento. Esa durabilidad ha convertido a los tardígrados en una especie de catálogo biológico de estrategias de supervivencia, y los científicos ahora están explorando ese catálogo en busca de formas de proteger las células humanas.

Uno de los objetivos más prácticos es la criopreservación de glóbulos rojos, la técnica que permite a los bancos de sangre congelar y almacenar tipos sanguíneos raros durante largos periodos hasta que un paciente los necesite. El método funciona, pero conlleva un inconveniente obstinado que ha marcado el campo durante décadas.

El problema del glicerol

Antes de congelar los glóbulos sanguíneos, normalmente se tratan con glicerol. El compuesto actúa como crioprotector, alterando el crecimiento de cristales de hielo que, de otro modo, perforarían y destruirían las membranas celulares. Sin esa protección, la congelación es letal.

La complicación llega después. El glicerol no puede transfundirse simplemente a un paciente, por lo que hay que eliminarlo de las células una vez descongeladas. Ese paso de eliminación es en sí mismo dañino, ya que somete a estrés precisamente a las células que el proceso de congelación pretendía proteger, y añade manipulación, tiempo y costo a un procedimiento que ya exige precisión.

Lo que los bancos de sangre preferirían es una estrategia de protección que mantenga las células intactas durante la congelación y luego se elimine limpiamente, sin un lavado tan agresivo. Ahí es donde entra en escena el tardígrado.

Cómo funcionan las proteínas CAHS junto con el azúcar

Los tardígrados resisten condiciones extremas con la ayuda de una clase de moléculas conocidas como proteínas CAHS, abreviatura de proteínas citosólicas abundantes solubles al calor. Estas proteínas destacan no solo por existir en un animal que puede soportar sin problema la congelación y la deshidratación, sino por la forma en que se comportan junto con la trehalosa, un azúcar que estabiliza las membranas celulares y las proteínas. La trehalosa también es un ingrediente familiar fuera del laboratorio: a menudo se utiliza para limitar las quemaduras por congelación en los alimentos congelados.

Esa asociación entre una proteína de tardígrado y un azúcar estabilizador de membranas fue lo que atrajo la atención de los investigadores. En lugar de tratar la combinación como una curiosidad, se preguntaron si podría superar al crioprotector estándar utilizado en los bancos de sangre.

Probar un fragmento, no la proteína completa

Hui Yang, Leming Sun y sus colegas querían saber si combinar las proteínas CAHS con trehalosa podría proteger los glóbulos rojos de forma más eficaz que el glicerol utilizado por sí solo. Sus hallazgos aparecieron en la revista ACS Applied Materials & Interfaces, publicada por la American Chemical Society (DOI: 10.1021/acsami.6c12445).

El equipo no utilizó la proteína CAHS de longitud completa. En su lugar, determinaron que una sección específica de ella producía el efecto protector que buscaban, una simplificación que podría ser considerablemente importante si algún día el enfoque se escala para su uso rutinario.

Cuando ese fragmento se combinó con trehalosa a baja temperatura y luego la muestra se congeló en nitrógeno líquido, los dos ingredientes cambiaron la forma en que se formaba el hielo y después se derretía. Ese comportamiento alterado del hielo protegió a las células del daño. Tras la descongelación, la combinación de CAHS y trehalosa podía eliminarse mediante centrifugación, una técnica de laboratorio estándar, en lugar del proceso más agresivo de eliminación del glicerol.

Las cifras de recuperación

La comparación de rendimiento fue alentadora. Hasta el 89% de los glóbulos rojos de ratón preservados con el nuevo método de CAHS-trehalosa se recuperaron por completo, en comparación con aproximadamente el 82% de las células congeladas con glicerol.

Sun, autor correspondiente del estudio, describió el esfuerzo como una traducción en fase temprana de la biología a un método práctico. "Este estudio fue nuestro primer intento de traducir una lección de un organismo extraordinariamente resistente a una estrategia práctica de preservación celular", dijo Sun. "Si se desarrolla más, podría simplificar el proceso después de la descongelación, reducir las preocupaciones asociadas con el glicerol residual y ayudar a preservar la calidad de las células almacenadas".

Leer los resultados con cautela

Aquí importan varias advertencias. El experimento utilizó glóbulos rojos de ratones, no células humanas, y representa un primer intento más que un protocolo acabado. La mejora respecto al glicerol, aunque real en este contexto, es una diferencia de varios puntos porcentuales y no un salto espectacular. Cualquier uso eventual en medicina transfusional requeriría un desarrollo y una validación sustancialmente mayores antes de poder llegar a la nevera de un banco de sangre.

Lo que el estudio sí demuestra es una prueba de concepto: una proteína tomada de uno de los animales más resistentes del planeta, combinada con un azúcar ampliamente utilizado, puede influir en cómo se comporta el hielo alrededor de las células y mejorar su supervivencia a través de un ciclo de congelación y descongelación. También apunta hacia un flujo de trabajo de criopreservación en el que el agente protector es más fácil de eliminar, lo que podría reducir el costo que la descongelación y la limpieza actualmente imponen a las células almacenadas.

Puntos clave de la investigación

• Los tardígrados soportan la congelación, la deshidratación extrema y el vacío del espacio, e incluso han tolerado que se les coloquen diminutos tatuajes.
• El almacenamiento convencional de glóbulos rojos depende del glicerol, que debe eliminarse antes de la transfusión y puede dañar las células durante su eliminación.
• Los investigadores combinaron trehalosa, un azúcar estabilizador de membranas, con una sección de la proteína CAHS del tardígrado en lugar de la proteína completa.
• Congelada en nitrógeno líquido, la mezcla cambió la formación y el derretimiento del hielo de una manera que protegía las células.
• Hasta el 89% de los glóbulos rojos de ratón preservados así se recuperaron por completo, frente a alrededor del 82% con glicerol.

Por qué importa más allá del banco de laboratorio

Los tipos sanguíneos raros representan un desafío logístico para cualquier sistema de salud. Son escasos por definición, no pueden crearse a demanda y deben mantenerse utilizables durante largos periodos para que estén disponibles cuando un paciente específico los necesite. Un método de preservación que mantenga más células intactas a través del ciclo de congelación y descongelación, y que sea más fácil de eliminar después, daría a los bancos de sangre más margen de maniobra.

La investigación también ilustra una idea más amplia que se está afianzando en la biotecnología: los organismos que toleran condiciones extremas son una fuente de soluciones químicas y materiales para problemas de la medicina. Los trucos de supervivencia del tardígrado evolucionaron para entornos que matarían a la mayoría de la vida, y adaptar incluso una pequeña pieza de ese conjunto de herramientas, un fragmento de proteína más un azúcar, podría con el tiempo cambiar cómo se almacenan, transportan y recuperan las células.

La propia trehalosa es un buen ejemplo de cómo ingredientes poco glamurosos pueden hacer un trabajo serio. El mismo azúcar que evita que los alimentos congelados desarrollen quemaduras por congelación se está probando como estabilizador de células vivas, y el fragmento de CAHS parece hacerlo más eficaz en ese papel. El mecanismo no es magia tanto como química: al intervenir en cómo se nuclea y se derrite el hielo, la mezcla reduce el castigo físico infligido a las membranas frágiles.

Por ahora, el trabajo sigue siendo un primer paso, y la distancia entre un experimento con células de ratón y una transfusión hospitalaria es amplia. Pero sí sugiere que la distancia entre un animal que puede sobrevivir al vacío del espacio y un congelador de banco de sangre podría ser más estrecha de lo que parece a primera vista.

Este artículo se basa en reportajes de Phys.org. Lea el artículo original.