Las terapias celulares son muy prometedoras para revolucionar el tratamiento de los cánceres y las enfermedades autoinmunes. Pero esta industria multimillonaria requiere el almacenamiento a largo plazo de las células en condiciones criogénicas súper frías, a la vez que garantiza que continuarán funcionando al descongelarse. Sin embargo,Estas temperaturas frías desencadenan la formación y el crecimiento de hielo, que puede perforar y desgarrar las células. Revista de la Sociedad Americana de Química por los químicos de la Universidad de Utah Pavithra Naullage y Valeria Molinero proporciona la base para diseñar polímeros eficientes que pueden prevenir el crecimiento de hielo que daña las células.
anticongelante de la naturaleza
Las estrategias actuales para criopreservar células y órganos implican bañarlos con grandes cantidades de sulfóxido de dimetilo, un químico tóxico que ensucia la formación de hielo pero estresa las células, disminuyendo sus probabilidades de supervivencia.
Sin embargo, la naturaleza ha encontrado una manera de mantener vivos a los organismos en condiciones de frío extremo: proteínas anticongelantes. Los peces, los insectos y otros organismos de sangre fría han desarrollado potentes glucoproteínas anticongelantes que se unen a los cristalitos de hielo y evitan que crezcan y dañen las células.
El área de crecimiento de la terapéutica basada en células exige el desarrollo de potentes inhibidores de la recristalización de hielo que pueden competir en la actividad con las glucoproteínas anticongelantes naturales pero que no tienen el costo y la toxicidad del dimetilsulfóxido. Esta demanda ha impulsado la síntesis de polímeros que imitanla acción de las glucoproteínas anticongelantes, pero el inhibidor de recristalización de hielo sintético más potente encontrado hasta la fecha, el alcohol polivinílico PVA, es de un orden de magnitud menos potente que las glucoproteínas naturales.
"Los esfuerzos para identificar inhibidores más fuertes para el crecimiento del hielo parecen haberse estancado, ya que aún no existe una comprensión molecular de los factores que limitan la eficiencia de inhibición de la recristalización del hielo de los polímeros", dice Molinero.
Una variable de diseño de polímero oculto
¿Cómo evitan las moléculas que los cristales de hielo se agranden? Las moléculas que se unen fuertemente al hielo fijan su superficie, como piedras en una almohada, haciendo que el frente de hielo desarrolle una superficie curva alrededor de las moléculas. Esta curvatura desestabiliza el cristal de hielo, deteniéndosesu crecimiento. Las moléculas que permanecen unidas al hielo por más tiempo que el tiempo que lleva hacer crecer los cristales de hielo logran prevenir un mayor crecimiento y recristalización.
Molinero y Naullage utilizaron simulaciones moleculares a gran escala para dilucidar los fundamentos moleculares de cómo la flexibilidad, la longitud y la funcionalización de los polímeros controlan su unión al hielo y su eficiencia para evitar el crecimiento del hielo. Su estudio muestra que el tiempo ligado de las moléculas en ella superficie del hielo está controlada por la fuerza de su unión al hielo junto con la longitud del polímero y la rapidez con que se propagan en la superficie del hielo.
"Descubrimos que la eficiencia de los polímeros flexibles para detener el crecimiento del hielo está limitada por la lenta propagación de su unión al hielo", dice Molinero.
El estudio analiza los diversos factores que controlan la unión de los polímeros flexibles al hielo y que explican la brecha en la potencia del PVA y las glucoproteínas anticongelantes naturales. En pocas palabras, cada bloque de glucoproteínas anticongelantes se une más fuertemente al hielo que el PVA,y también se ven favorecidos por su estructura molecular secundaria que segrega los bloques de unión y no unión para permitir que se unan más rápido al hielo para detener su crecimiento.
"Hasta donde sabemos, este trabajo es el primero en identificar el tiempo de propagación de la unión como una variable clave en el diseño de polímeros flexibles eficientes de unión al hielo", dice Naullage. "Nuestro estudio prepara el escenario para el diseño de novo depolímeros flexibles que pueden cumplir o incluso superar la eficiencia de las glucoproteínas anticongelantes y tener un impacto en la investigación biomédica ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Original escrito por Paul Gabrielsen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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