Cuando el material biológico (células, sangre, tejidos) está congelado, Los crioprotectores se utilizan para prevenir el daño asociado con la formación de hielo durante el proceso de congelación. Están surgiendo nuevos crioprotectores poliméricos, junto con los crioprotectores establecidos, pero aún se desconoce en gran medida cómo logran controlar exactamente la formación y el crecimiento del hielo. Esto es especialmente cierto para PVA, un polímero sintético engañosamente simple que interactúa con el hielo mediante mecanismos que ahora se han revelado a nivel atomístico gracias a investigadores de la Universidad de Warwick.

Los crioprotectores son cruciales al congelar material biológico para disminuir el daño celular involucrado con la formación de hielo. Recristalización del hielo, ese es el proceso por el cual los cristales de hielo más grandes crecen a expensas de los más pequeños, es uno de los principales problemas que afectan a los protocolos de criopreservación actuales y aún no se comprende bien. Investigadores de la Universidad de Warwick han investigado cómo un polímero bastante popular con el potencial de ser utilizado en la criopreservación se une a los cristales de hielo en crecimiento.

En el papel, titulado "Los detalles atomísticos de la actividad de inhibición de la recristalización de hielo de PVA, "publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , investigadores de la Universidad de Warwick han descubierto que, contrariamente al consenso emergente, Las cadenas poliméricas más cortas o más largas de poli (vinil) alcohol (PVA) se unen todas al hielo.

Hasta ahora, la comunidad ha estado trabajando bajo el supuesto de que los polímeros cortos no se unen lo suficientemente fuerte a los cristales de hielo, pero en este trabajo, el Dr. Sosso y sus colaboradores han demostrado que es el sutil equilibrio entre estas interacciones de unión y el volumen efectivo ocupado por los polímeros en la interfaz con el hielo lo que determina su efectividad para impedir la recristalización del hielo.

Este trabajo reúne mediciones experimentales de inhibición de la recristalización del hielo y simulaciones por computadora. Estos últimos son herramientas invaluables para obtener una visión microscópica de procesos como la formación de hielo, ya que pueden ver lo que está sucediendo en procesos muy rápidos o muy pequeños que son difíciles de ver incluso a través de las técnicas experimentales más avanzadas.

Este trabajo arroja nueva luz sobre los principios fundamentales en el corazón de la recristalización del hielo, señalar los principios de diseño que se pueden aprovechar directamente para diseñar la próxima generación de crioprotectores. Este logro es un testimonio de la fuerza de lo que se conoce cariñosamente como "Equipo de hielo" en Warwick. una red de colaboración en constante crecimiento con el potencial de tener un gran impacto en muchos aspectos de la formación del hielo, de la ciencia atmosférica a la química médica.

Fabienne Bachtiger, un doctorado estudiante que trabaja en el grupo de investigación del Dr. Sosso (Departamento de Química) que ha encabezado este trabajo, explica:

"Hemos descubierto que incluso las cadenas más bien cortas de PVA, que contiene solo diez unidades poliméricas, se unen al hielo, y que los copolímeros de bloques pequeños de PVA también se unen. Es importante que la comunidad experimental sepa esto, ya que han estado trabajando bajo diferentes supuestos hasta ahora. De hecho, esto significa que podemos utilizar con éxito polímeros mucho más pequeños de lo que se pensaba anteriormente. Esta es una información crucial para ayudar al desarrollo de nuevos crioprotectores más activos ".

Dr. Gabriele Sosso, del Departamento de Química de la Universidad de Warwick, quien lidera un esfuerzo computacional sustancial para investigar la formación de hielo en materia biológica, dice, "Con esta contribución, hemos agregado una pieza crucial al rompecabezas de cómo interactúan exactamente los crioprotectores poliméricos con los cristales de hielo en crecimiento. Esto es parte de un cuerpo más amplio de trabajo computacional y teórico que mi grupo está llevando a cabo con la intención de comprender cómo funcionan los crioprotectores en el nivel molecular, para identificar principios de diseño que nuestros colegas experimentales puedan probar directamente. Warwick es el lugar perfecto para ampliar nuestra comprensión del hielo, y este trabajo muestra el impacto de la emocionante colaboración entre mi grupo de investigación y el Grupo Gibson ".

Profesor Matthew Gibson, del Departamento de Química y la Facultad de Medicina de Warwick de la Universidad de Warwick, dice, "La recristalización del hielo es un verdadero desafío en criobiología, que provocan daños en las células, pero también en los alimentos congelados o en la infraestructura. Comprender cómo funciona incluso este polímero 'simple' para controlar la recristalización del hielo es un gran paso adelante para descubrir nuevos crioprotectores. y, en última instancia, utilizarlos en el mundo real ".