Unos riñones de cerdo enfriados a -150 °C y almacenados en un congelador durante meses se han recalentado con éxito y han demostrado volver a funcionar por primera vez, según afirman los científicos. Esperan replicar los hallazgos con órganos humanos.
Los riñones —que tienen un tamaño similar al de los humanos— se mantuvieron en un estado similar al vidrio, en un caso durante más de un año. Una vez recalentados, probados en máquinas y trasplantados a cerdos, los riñones recuperaron su color y produjeron orina —signos clave de que estaban funcionando—.
«Hace diez años... no diría que tuviera grandes esperanzas de que realmente fuera a funcionar», afirma Erik Finger, cirujano de trasplantes en la Universidad de Minnesota y codirector de la investigación. «Tras realizar el último trasplante, salí de la sala y dije: “Esto es algo muy importante”». El estudio se ha compartido en el servidor de preprints bioRxiv y aún no ha sido revisado por pares.
Los riñones no son perfectos y los investigadores aún tienen que demostrar que pueden mantener la vida a largo plazo. Sin embargo, los resultados suponen todo un hito, según afirman otros expertos en este campo.
«Menos mal que alguien ha conseguido hacerlo en un órgano y demostrar que funciona», afirma Peter Kilbride, criobiólogo y cofundador de Kyros Kairos, una empresa centrada en mejorar la financiación de la investigación en criopreservación, que no participó en el estudio. «Durante años, se ha intentado dar este paso sin éxito. Por fin tenemos este gran avance».
«Su trabajo es asombroso y nos permitirá crear auténticos bancos de órganos de forma indefinida», afirma Korkut Uygun, ingeniero biomédico y profesor de Cirugía en la Facultad de Medicina de Harvard, quien tampoco participó en la investigación. «Vivimos un momento revolucionario para los trasplantes».
Ganar tiempo
Cada año se realizan decenas de miles de trasplantes de órganos solo en Estados Unidos. Se calcula que estas intervenciones han salvado dos millones de años de vida en los últimos 25 años. Pero todavía queda mucho margen de mejora.
Uno de los principales retos es la escasez de órganos disponibles. Incluso cuando hay un órgano disponible, puede resultar difícil hacérselo llegar al receptor adecuado en un plazo de 24 a 36 horas, que es el límite actual para conservar órganos humanos.
Las personas que reciben un trasplante de órganos también deben tomar fármacos que suprimen su sistema inmunitario durante el resto de su vida. Estos medicamentos están destinados a evitar que el organismo rechace los nuevos órganos. Sin embargo, conllevan efectos secundarios y aumentan el riesgo de sufrir infecciones y cáncer.
La capacidad de almacenar órganos durante periodos prolongados promete dar respuesta a todos estos retos. Los médicos dispondrían de más tiempo para emparejar los órganos con los receptores. También podrían limitar el riesgo de rechazo del órgano —posiblemente preparando con antelación a los receptores y a su sistema inmunitario.
«Con auténticos bancos de órganos… en lugar de que los pacientes esperen al órgano, son los órganos los que esperan a los pacientes», afirma Finger.
Los científicos han logrado enfriar células a temperaturas ultrabajas mediante un proceso llamado vitrificación, que básicamente las convierte en algo parecido al vidrio. Este procedimiento ya se utiliza para conservar óvulos, esperma y embriones. Vitrificar órganos enteros resulta mucho más difícil.
Algunos problemas pueden evitarse con crioprotectores —sustancias químicas que actúan como anticongelante y evitan la formación de cristales de hielo perjudiciales—. Pero estos compuestos suelen ser increíblemente tóxicos. También resulta difícil enfriar tejidos grandes de forma rápida y uniforme, y es igual de complicado recalentar un órgano por completo de manera homogénea.
En colaboración con John Bischof, bioingeniero de la Universidad de Minnesota, Finger y sus colegas han dado con una solución. Una vez cargado el órgano con un crioprotector, le infunden nanopartículas de óxido de hierro. Estas nanopartículas no afectan a las células. Pero, cuando llega el momento de recalentar el órgano, pueden activarse mediante un campo electromagnético.
Cuando la radiofrecuencia de ese campo alterna entre dos estados, las partículas también se invierten, realineándose con el campo. Esto hace que desprendan calor por todo el órgano. Ajustar la potencia del campo permite al equipo controlar la velocidad de calentamiento para que se acelere una vez que el órgano alcanza los -120 °C.
Los investigadores lograron vitrificar riñones de rata con este método en un estudio publicado en 2023. Por aquel entonces, consiguieron recalentar riñones que habían permanecido en un congelador hasta 100 días antes de trasplantarlos a ratas.
Desde entonces, el equipo ha intentado lograr el mismo éxito con órganos más grandes. Se considera que los riñones de cerdo son un buen modelo para los humanos —tienen aproximadamente el mismo tamaño y un aspecto similar—. Los riñones de rata pesan alrededor de un gramo; los de cerdo, unos 100.
No ha sido fácil. El crioprotector utilizado para vitrificar riñones de rata no funcionó tan bien en los órganos de cerdo. «Tuvimos que redescubrir y modificar el cóctel», afirma Bischof. «Por eso hemos tardado tres años».
Ultracongelación de riñones
El primer paso del procedimiento consiste en extraer un riñón de un cerdo donante. Una vez extraído, el riñón se lava con una solución de conservación de órganos de uso habitual para eliminar la sangre, se embolsa y se coloca temporalmente sobre un lecho de hielo en una nevera portátil para poder trasladarlo al laboratorio de ingeniería.
Allí, los miembros del equipo desempaquetan el riñón y lo conectan a un dispositivo que han diseñado para controlar la temperatura y la presión del órgano. A continuación, empiezan a introducir el cóctel de crioprotectores, lo bastante despacio como para garantizar una distribución uniforme por todo el órgano, pero con la rapidez suficiente para minimizar cualquier efecto tóxico. El proceso dura unas dos horas.
El siguiente paso consiste en infundir en el órgano las nanopartículas de óxido de hierro, que se bombean a través de él durante unos siete u ocho minutos, explica Finger. A continuación, llega el momento de enfriar el órgano bombeando vapor frío de nitrógeno al interior de la cámara que lo alberga.
Se trata de un proceso delicado, y el equipo debe asegurarse de que el órgano se enfríe por completo. Al mismo tiempo, deben reducir la temperatura del riñón lo más rápido posible para evitar la formación de hielo. «A menudo hay varias personas ocupándose de diferentes tareas para asegurarse de que nada salga mal», afirma Bischof.
Una vez que el órgano alcanza el estado vitrificado a unos -120 °C, «se comporta como un vidrio», afirma Finger. «Llegados a ese punto, puede permanecer estable durante largos periodos de tiempo —creemos que indefinidamente—». A continuación, el equipo detiene el proceso de enfriamiento para asegurarse de que el órgano sea vítreo en su totalidad. De lo contrario, podría agrietarse.
Tras la pausa, si todo va bien, el riñón se enfría finalmente hasta los -150 °C. Una vez en el congelador, puede permanecer allí durante días, semanas o incluso meses. El equipo ha mantenido almacenado un reducido número de riñones durante más de un año.
Recuperar el tono rosado
La verdadera prueba para estos riñones llega cuando se sacan del congelador, se recalientan y se purgan de sus sustancias químicas y nanopartículas. ¿Pueden mantener la vida? Hasta ahora, el equipo ha probado algunos de ellos de dos formas distintas.
En una serie de experimentos, los investigadores conectaron los riñones recalentados a dispositivos de perfusión—sistemas que ya se utilizan en cirugías de trasplante tanto para suministrar nutrientes a los órganos como para ayudar a los médicos a evaluarlos mientras están fuera del cuerpo.
En otra serie de experimentos, Finger y sus colegas trasplantaron riñones recalentados en cerdos y los monitorizaron durante dos horas. En ambos experimentos, los riñones recalentados parecieron recuperarse, afirma Finger. «Recuperan de inmediato el color rosado», comenta.
Existen muchas formas de medir el funcionamiento de un riñón, pero una prueba clave consiste en comprobar si el órgano es capaz de producir orina. Según este parámetro, los riñones recalentados dieron un buen resultado, aunque produjeron en torno a dos tercios de la cantidad que cabría esperar en condiciones normales. «Producen orina... en cuestión de un minuto más o menos», afirma Finger. «Sabemos que funcionan».
La mayoría de los riñones recalentados habían permanecido almacenados durante días o semanas. Sin embargo, uno de ellos llevaba en el congelador algo más de un año. Cuando Finger y sus colegas lo recalentaron y lo conectaron a una máquina de perfusión, descubrieron que producía orina «inmediatamente». «De hecho, tenía mejor aspecto que muchos de los [otros] riñones», asegura Finger. «Ahora nos sentimos con la seguridad de afirmar que podemos conservarlos durante un año y recalentarlos con un funcionamiento excelente».
«Llegar a un año es un gran hito», afirma Kevin Myer, presidente y director general de LifeGift, una organización de obtención de órganos con sede en Texas. Poder almacenar órganos durante ese periodo transformaría los trasplantes. Imagina bancos de órganos que podrían utilizarse bajo demanda en casos de emergencia en los que no se puede esperar, como en ciertas sobredosis o heridas por arma de fuego.
Últimos obstáculos
Pero el procedimiento aún no está listo para dar el salto definitivo. Además de producir menos orina de lo esperado, los riñones recalentados también mostraron signos de lesiones. Según los investigadores, el daño parece estar causado por las sustancias químicas crioprotectoras.
«Este es un gran avance que resuelve la mitad del problema», en palabras de Kilbride.
El equipo ha demostrado que los riñones recalentados pueden recuperar el flujo sanguíneo, lo cual es «muy importante», afirma Greg Fahy, un criobiólogo considerado pionero en este campo. Pero le preocupa el alcance de los daños en los órganos: «A partir de estos experimentos, no podemos saber si estos riñones habrían podido sustentar la vida o no».
Sin embargo, Fahy, director científico de las empresas biotecnológicas Intervene Immune y 21st Century Medicine (donde también es director ejecutivo), reconoce que no está claro cómo responderían estos riñones a largo plazo una vez dentro de un animal vivo.
Finger también espera encontrar formas de reparar el daño observado en los riñones. Otras investigaciones han demostrado que la salud de los órganos para trasplante puede mejorar mientras están conectados a máquinas de perfusión. Y los riñones dañados podrían experimentar cierto nivel de autorreparación una vez dentro de un cuerpo. En cualquier caso, los riñones humanos podrían tolerar mejor el proceso que los de cerdo, afirma Finger.
El siguiente paso será probar los riñones en cerdos durante periodos más prolongados. El equipo, junto con muchos otros investigadores en este campo, continuará además la búsqueda de crioprotectores menos tóxicos. Finger, Bischof y sus colegas también están planeando experimentos con riñones humanos.
Finger es optimista. «Vamos a ver que hay daños y que no es perfecto... pero ahora hemos llegado al punto en el que funciona», afirma. «Son grandes hitos históricos en nuestro campo y estamos entusiasmados con ello».