Las Ranas Congeladas Ayudan a Entender Cómo Conservar Órganos Humanos Para Trasplante

Artículo escrito por Cypress Novick y editado por Andrea Valcarcel, junio 2, 2022. Artículo traducido por Andrea Valcarcel, julio 21, 2022.

Referencia científica: Al-Attar R, Storey KB. Lessons from nature: Leveraging the freeze-tolerant wood frog as a model to improve organ cryopreservation and biobanking. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol. 2022 Aug-Sep;261:110747. doi: 10.1016/j.cbpb.2022.110747. Epub 2022 Apr 20. PMID: 35460874. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35460874/


Aunque la medicina moderna ha hecho grandes avances en el tratamiento de las enfermedades que provocan el deterioro o la limitación de las capacidades de los órganos, aún existe una necesidad constante de órganos trasplantables para salvar a pacientes moribundos de forma más permanente. La Organización Mundial de la Salud calcula que cada año se cubre menos del 10% de la necesidad mundial de trasplantes de órganos. Aunque el número de donantes de órganos y los diferentes criterios de donación de órganos en los distintos países son sin duda un factor que contribuye, las limitaciones en la preservación de los órganos trasplantables también desempeñan un papel importante en este problema. Mejorar la conservación de los órganos trasplantables permitiría transportarlos a mayores distancias, así como realizar más pruebas de compatibilidad o intervenciones inmunomoduladoras para evitar el rechazo del trasplante.

Pie de foto: La rana de bosque, Rana sylvatica, congela aproximadamente el 65-70% del agua de su cuerpo durante los meses de invierno, adaptándose de diversas maneras para evitar morir durante su congelación y descongelación anual. Crédito: Dave Huth Fuente: Wikimedia

En la actualidad, los órganos destinados a ser trasplantados se mantienen a bajas temperaturas por encima del punto de congelación para ralentizar los procesos celulares que supondrían un estrés para el órgano, evitando al mismo tiempo los daños causados por las temperaturas de congelación. Sin embargo, en el mundo natural hay varios animales que sobreviven al frío del invierno cada año y no mueren o son afectados en el intento. Los investigadores Rasha Al-attar y Kenneth Storey se inspiran en una de las criaturas que soportan el frío invernal, la rana de bosque, Rana sylvatica, en una reciente publicación que resume las aplicaciones que la industria médica puede poner en práctica para preservar los órganos trasplantables a temperaturas más bajas y, por tanto, prolongar su viabilidad.

Cómo Congelarse Como una Rana de Bosque

Sobrevivir estando casi completamente congelado no es una hazaña simple, y como tal sólo es posible mediante la combinación de una variedad de esfuerzos dentro de estos anfibios. Todas las ranas tienen una piel permeable y, en el caso de la rana de bosque, esta piel permeable es la que permite que los cristales de hielo que se forman en el exterior de la rana se formen también en su interior. Cuando esto ocurre, la rana experimenta un rápido aumento del ritmo cardíaco, ya que el glucógeno que ha almacenado durante el verano y el otoño se convierte en glucosa para ser transportada por todo el cuerpo. Las estructuras más importantes, como los órganos abdominales y el cerebro, absorben más glucosa que la piel y el músculo, lo que garantiza que estos tejidos no perderán la totalidad de su fluido celular en los crecientes cristales de hielo, ya que la adición de solutos como la glucosa reduce el punto de congelación del agua.

Pie de foto: La criopreservación puede utilizarse para almacenar muchos materiales biológicos para su uso posterior, como las muestras de tejido anteriores, aunque su uso sigue siendo limitado en estructuras más grandes y complejas como los órganos. Crédito: USDA Gene Bank Fuente: Wikimedia

A nivel celular, la transcripción de ácido nucleicos cambia en respuesta a la congelación de varias maneras. En el sistema circulatorio, se liberan proteínas destinadas a unirse a los cristales de hielo pequeños y evitar su recristalización en cristales de hielo más grandes, junto con enzimas que favorecen la fluidez de las membranas celulares. Como el hielo ocupa un volumen mayor que el del agua, esto impide que los capilares se rompan durante el proceso de congelación. El metabolismo se ralentiza hasta el punto de que las células de toda la rana sufren un descenso coordinado de la actividad mitocondrial, así como de la producción de la mayoría de las proteínas y enzimas asociadas a la supervivencia a largo plazo, más que a la inmediata, como las centradas en el crecimiento celular. Esto sirve para reducir la producción de oxígeno reactivo en la célula, que puede dañar el ADN y otra maquinaria celular, así como para reducir las necesidades energéticas generales, ya que la célula pasa a utilizar combustibles internos para sobrevivir. La célula logra estos cambios de transcripción por varios medios diferentes, como hacer que el ADN que codifica estos componentes sea temporalmente ilegible (un proceso conocido como regulación epigenética) o liberar microARN destinado a unirse al ARN mensajero que codifica estos componentes en su camino hacia la transcripción, haciéndolo inútil por el momento.

Adaptándonos Como Anfibios

Aunque estos complejos sistemas ayudan a la rana de bosque a sobrevivir durante el invierno, no todas estas herramientas evolutivas son directamente aplicables a los seres humanos. No obstante, comprender estas adaptaciones puede ayudar a desarrollar procedimientos médicos análogos para su uso en los trasplantes de órganos. Por ejemplo, aunque la glucosa puede funcionar en las ranas para reducir el punto de congelación del agua dentro de la célula, su uso puede dar lugar a proteínas denominadas productos finales de glicación avanzada (AGE, por sus siglas en inglés), que se han asociado con la diabetes, la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad renal crónica y otras enfermedades degenerativas. Sin embargo, las ranas utilizan la glucosa porque ésta se absorbe fácilmente en todos los tipos de células del cuerpo a través de canales de transporte muy generales. Para maximizar los beneficios de este modelo de rana y evitar al mismo tiempo los AGE que puede producir, se han realizado pruebas con azúcares derivados de la glucosa en linajes celulares de mamíferos. Una de estas pruebas, publicada en 2014, aumentó la criopreservación de hígados de rata hasta 96 horas. Otras adaptaciones, como la disminución del metabolismo y la reducción de la producción de oxígeno reactivo, son posibles mediante tratamientos farmacológicos ya desarrollados, aunque es probable que su aplicabilidad varíe en función del tejido tratado. Este tipo de tratamiento ya ha demostrado un aumento de la viabilidad del tejido descongelado en varios linajes celulares de mamíferos, como ratones, monos lechuza y muestras de tejido humano.

Gracias a la comprensión de las capacidades evolutivas de la rana de bosque, la industria médica está un paso más cerca de satisfacer eficazmente la necesidad de trasplantes de órganos. Para muchas personas que sufren de insuficiencia de órganos, sin más opciones que el tratamiento mientras están en una lista de espera de trasplante, los nuevos avances en la criopreservación pueden ser como una luz al final del túnel.

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Andrea Valcarcel

Having graduated with a Bachelor of Science degree in Animal Biology from Thompson Rivers University (BC, Canada), I am currently working as a marine mammal specialist and marine resource analyst in the Dominican Republic while also being an MSc candidate in Ecology and Environmental Sciences. My research so far has been mostly focused on corals and marine mammals, but I'm not completely set on being focused on marine sciences for the rest of my life. When not monitoring marine ecosystems, you can find me training therapy dogs and reading YA and fantasy novels. Twitter: @andreavalcar

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