Gli “inibitori del ghiaccio” proteggono le cellule durante la crioconservazione

Nuovi composti chiamati inibitori del ghiaccio potrebbero aprire maggiori opportunità per trattamenti medici vitali, trapianti di organi e tessuti e medicina riproduttiva.

Vetro ghiacciato, ghiaccio – foto illustrativa. Credito immagine: Kelly Sikkema tramite Unsplash, licenza gratuita

Il consenso tra Jason Acker‘s research associates è questo conservazione criogenica degli organi umani per il trapianto sarebbe un risultato scientifico pari alla cura del cancro, salvando milioni di vite ogni anno.

E potrebbe non essere così lontano, dice il professore dell’Università di Alberta Dipartimento di Medicina e Patologia di Laboratorio. Forse solo cinque anni di distanza. Nel frattempo, una grande sfida è stata congelare le terapie cellulari senza danneggiare le cellule viventi.

Acker e professore di chimica dell’Università di Ottawa Roberto Ben hanno capito come fare proprio questo. Attraverso una società spin-off tra le due università, denominata PanTHERA Criosoluzioni, hanno progettato i cosiddetti inibitori della ricristallizzazione del ghiaccio, molecole a base di zucchero che impediscono la formazione di ghiaccio intorno alle cellule. Hanno in programma di rilasciare il loro prodotto entro la fine dell’anno.

“Le cellule in questo momento sono i nuovi farmaci, sia per le terapie immunitarie che per curare il cancro, e la crioconservazione è l’unico modo per conservarle per un lungo periodo di tempo”, afferma Acker.

Applicazioni ad ampio raggio

Jason Acker. Credito immagine: Università di Alberta

Le potenziali applicazioni della crioconservazione sono di ampia portata, aggiunge, compresi i trattamenti medici, la conservazione di organi e tessuti, la medicina riproduttiva e l’agricoltura.

I materiali biologici sono normalmente conservati a -196°C – la temperatura alla quale si arresta tutto il movimento molecolare – per evitare che i cristalli di ghiaccio si accumulino attorno alle cellule. Ma il ghiaccio si forma tipicamente prima che le cellule raggiungano quella temperatura dopo la raccolta, o quando la temperatura fluttua durante la spedizione e ogni volta che viene aperto un congelatore per rimuovere parte del biomateriale.

Pensa al gelato lasciato nel tuo congelatore domestico per un anno, dice Acker. Apri il coperchio ed è ricoperto di cristalli di ghiaccio croccanti.

PanTHERA ha sviluppato famiglie di piccoli carboidrati sintetici non tossici che bloccano l’accumulo di ghiaccio. I ricercatori non sono del tutto certi del perché i composti funzionino così bene, ma sospettano che penetrino in uno “strato quasi liquido” che si trova sulla superficie dei cristalli di ghiaccio, interrompendo il processo mediante il quale le molecole d’acqua si aggiungono alla loro crescita.

I composti significano anche che i biomateriali possono essere congelati a temperature molto più elevate. Poiché la maggior parte dei congelatori standard da laboratorio si raffreddano a circa -80°C, la crioconservazione diventa economicamente più fattibile.

Per aiutare a portare il loro nuovo prodotto sul mercato e distribuirlo a livello globale, PanTHERA ha stretto una partnership con Soluzioni per la vita biologica a Seattle, il più grande produttore mondiale di soluzioni di crioconservazione per la terapia cellulare e genica.

Ispirato dalla natura

Acker e Ben si sono ispirati agli organismi naturali che possono sopravvivere al congelamento. Pesci, rane e persino alberi si sono evoluti per impedire la formazione di ghiaccio nei loro fluidi corporei, afferma Acker.

“Questa è davvero la parte fondamentale della nostra tecnologia: abbiamo preso le stesse strutture”, afferma, aggiungendo che il suo team di ricerca ha esaminato quasi 4.000 molecole sintetiche in 10 anni per la loro capacità di controllare il ghiaccio.

Ma le radici della ricerca di Acker risalgono molto più indietro, fino alla fama della U di A Squadra del protocollo di Edmonton e la loro necessità di criopreservare le cellule delle isole. Da allora la U of A è diventata un centro globale di eccellenza per la crioconservazione e la criobiologia, con ricercatori delle facoltà di medicina, ingegneria e scienze che esplorano nuovi modi di preservare cellule, tessuti e organi.

Chirurgia, medici – foto illustrativa. Credito immagine: Engin Ekyurt tramite Unsplash, licenza gratuita

Solo due università, l’altra nel Regno Unito, hanno programmi formali di laurea in bioconservazione a livello di master e dottorato di ricerca, afferma Acker.

“Stiamo formando la prossima generazione di criobiologi, che stanno rapidamente diventando un prodotto caldo. La maggior parte dei miei studenti laureati viene solitamente reclutata nello spazio della terapia cellulare e genica prima di finire la laurea: il bisogno è così disperato.

PanTHERA ha ricevuto supporto per la ricerca dal Istituti canadesi di ricerca sulla salute, Fondazione canadese per l’innovazione, Il programma canadese di ricerca sulle donazioni e sui trapianti, Fondazione Hirsch, Glyco Net, Green Centre Canada, Servizi di sangue canadesi, Laboratorio di distruzione creativa, Investi Ottawa e il Programma di assistenza alla ricerca industriale del Consiglio nazionale delle ricerche del Canada.

Acker ha anche ricevuto $ 40.000 da Alberta innova studiare il pesce zebra come sistema modello per la ricerca medica e altre applicazioni in agricoltura. Il suo finanziamento CIHR lo aiuterà a indagare ulteriormente sulla crioconservazione di tessuti e organi. Ha anche lavorato con lo Smithsonian Institute Centro per la sopravvivenza delle specie per esaminare come la crioconservazione del materiale riproduttivo di specie in via di estinzione potrebbe aiutare il nuovo piano di sopravvivenza delle specie del centro.

Per la ricerca sulla criobiologia e la crioconservazione, non potrebbe esserci momento migliore per essere in questo campo, afferma Acker.

“Cinque anni fa, l’idea di congelare un organo era ancora fantascienza. Ora con i nostri partner a Ospedale Generale del Massachusettsabbiamo dimostrato il congelamento parziale del fegato e dei polmoni di esseri umani e animali.

“Non è l’obiettivo finale, ma dimostra che la tecnologia che stiamo sviluppando ci sta portando su quella strada”.

Fonte: Università dell’Alberta