Un equipo financiado en parte por el Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería NIBIB y dirigido por investigadores de la Universidad de Minnesota UMN ha desarrollado un nuevo método para descongelar tejido congelado que puede permitir el almacenamiento a largo plazo y la viabilidad posterior de los tejidosy órganos para trasplante. El método, llamado nanowarming, previene el daño tisular durante el proceso de descongelación rápida que precedería a un trasplante.
El estudio del equipo en la edición del 1 de marzo de 2017 de Medicina traslacional de la ciencia demostró cómo un baño de solución con nanopartículas de óxido de hierro magnetizadas y uniformemente distribuidas se puede calentar con ondas electromagnéticas para descongelar de manera rápida y no destructiva volúmenes de solución y tejidos más grandes que los que previamente se habían recalentado. Con un desarrollo adicional, los investigadores esperanEl método se puede aplicar para revolucionar y mejorar drásticamente el almacenamiento de órganos para trasplantes.
Para que los tejidos preservados y luego nanarmados sean utilizables, el óxido de hierro primero debe eliminarse de la muestra. Este elemento clave para garantizar la viabilidad del tejido requiere una técnica de imagen novedosa para confirmar la eliminación de nanopartículas. El equipo de investigación incluyó fondos financiados por NIBIBexpertos en imágenes biomédicas del Centro de Investigación de Resonancia Magnética de la UMN, que adaptaron una técnica de imagen no invasiva, llamada SWIFT, para estudiar muestras después del proceso de recalentamiento. SWIFT se basa en imágenes de resonancia magnética IRM.
En una resonancia magnética convencional, las nanopartículas magnetizadas generan solo una señal fugaz y no uniforme; sin embargo, con la tecnología SWIFT, las nanopartículas producen puntos brillantes. Para preservar la señal fugaz, el método SWIFT registra datos de imágenes casi simultáneamente con la transmisión de suspulso electromagnetico.
"Dependiendo del brillo de la señal, puede cuantificar la concentración de nanopartículas", dijo Shumin Wang, Ph.D., Director del programa NIBIB en Imágenes de resonancia magnética. "Después de lavar las nanopartículas, deseavea si aún quedan partículas residuales en el tejido. Si la concentración está por debajo de cierto umbral, puede usar el tejido de manera segura ".
El objetivo subyacente de la tecnología es salvar vidas mediante trasplantes. En los Estados Unidos, más de 100,000 pacientes esperan trasplantes de órganos que salvan vidas, y muchos más podrían beneficiarse potencialmente de órganos o tejidos trasplantados. El corto tiempo de conservación durante el cuallos donantes y los receptores deben coincidir con los límites de detección óptima y algunos trasplantes. Los métodos de preservación a largo plazo permitirían la detección que podría ayudar a los médicos de trasplantes a encontrar coincidencias óptimas para los órganos donados que reducirían los riesgos de trasplante, como el rechazo de órganos.
El tejido congelado, o la criopreservación, actualmente se puede usar para el almacenamiento a largo plazo solo de pequeñas muestras de biomateriales. Un método, llamado vitrificación, enfría las muestras en solución entre -160 y -196 grados Celsius para que se conserven en un hielosin cristal, en forma de cristal. Sin embargo, cuanto más grande es la muestra, más propensa es a cristalizarse y fracturarse cuando se calienta. Para evitar este problema y almacenar potencialmente muestras más grandes que podrían incluir vasos cardíacos y porciones trasplantables de órganos comoriñón, hígado o pulmón, los investigadores agregaron óxido de hierro a la solución de conservación. Además, las nanopartículas recibieron recubrimiento de sílice, que tuvo el efecto de dispersarlas uniformemente dentro de la solución.
Para recalentar las muestras sin dañar el tejido, los investigadores utilizaron un equipo de resonancia magnética compuesto por una bobina de cobre que crea un campo magnético alterno dentro y alrededor de la muestra. Las ondas electromagnéticas creadas en el dispositivo tuvieron un efecto limitado sobre el tejido y las células, pero estimularon y calentaronnanopartículas distribuidas por toda la muestra. Las nanopartículas calentadas, a su vez, calientan la muestra.
Los investigadores realizaron experimentos de calentamiento con células de piel humana, arterias de cerdo y tejidos de colgajo de válvula cardíaca de cerdo en volúmenes con una solución de hasta 50 a 80 mililitros alrededor de 10 a 16 cucharaditas. Encontraron que la transferencia de calor por convección, el oro-El enfoque estándar para recalentar sistemas más pequeños de aproximadamente 1 mililitro no es capaz de evitar la cristalización o el daño por agrietamiento en sistemas más grandes. Muestras que recalentaron en el sistema de bobinas, donde las nanopartículas distribuidas uniformemente calientan tejidos y células de manera rápida y uniforme.recalentado con éxito sin este daño. El método de nanowarming puede generar 100 grados de calentamiento por minuto, que es significativamente más rápido y más uniforme que la convección en los sistemas más grandes.
"El nanoarmado exitoso de tejidos criopreservados requiere que se carguen altas concentraciones de nanopartículas de óxido de hierro y se distribuyan uniformemente en los tejidos antes del enfriamiento, y se laven completamente después de descongelarlas", dijo el coautor Michael Garwood, Ph.D., profesorde radiología, Universidad de Minnesota. "Antes del desarrollo de SWIFT, ninguna técnica de imagen había sido capaz de cuantificar altas concentraciones de nanopartículas de óxido de hierro en los tejidos de manera no invasiva".
Los próximos pasos para la investigación de la criopreservación serán realizar más pruebas con diferentes tejidos animales y humanos. Mientras tanto, el equipo de Garwood también está trabajando en una aplicación de su enfoque de imágenes SWIFT para proporcionar imágenes de resonancia magnética que sean portátiles ". El desafío es"Cuando se usa un pequeño imán portátil, el campo magnético no es tan uniforme como el producido por el imán más grande usado en dispositivos convencionales", dijo Wang. "La tecnología SWIFT se ha aplicado para adquirir una imagen de este campo menos uniforme. Este problema de escalaes de complejidad similar a la formación de imágenes de nanopartículas de óxido de hierro en tejidos recalentados "
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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