Durante más de 60 años, Los investigadores han intentado criopreservar (o congelar) con éxito el embrión de pez cebra, una especie que es un modelo médico importante para la salud humana. En un nuevo estudio, Los investigadores de la Universidad de Minnesota y el Instituto Smithsonian de Biología de la Conservación (SCBI) proporcionan la primera evidencia reproducible de la criopreservación exitosa de embriones de pez cebra.

El estudio utiliza nueva nanotecnología de oro y láseres para calentar el embrión, el obstáculo en estudios anteriores. Los resultados tienen profundas implicaciones para la salud humana, conservacion de vida salvaje, y acuicultura.

La investigación se publica hoy en ACS Nano , una revista científica líder publicada por la American Chemical Society.

"No hay duda de que el uso de esta tecnología, De este modo, marca un cambio de paradigma para la criopreservación y la conservación de muchas especies de vida silvestre, "dijo Mary Hagedorn, un científico investigador del SCBI y coautor de un artículo que ha estado trabajando en la criopreservación de embriones de pez cebra desde 1992.

"Para que cualquier cosa funcione a temperaturas tan frías, normalmente tienes que ser creativo. Aquí adoptamos un enfoque único al combinar la biología con una tecnología de ingeniería emocionante para hacer lo que antes era imposible:congelar y descongelar con éxito un embrión de pez para que el embrión comience a desarrollarse, en lugar de desmoronarse, "Añadió Hagedorn.

Congelando esperma, huevos y embriones, los conservacionistas pueden salvaguardar las especies en riesgo y su diversidad genética, haciendo posible reforzar el acervo genético y, por lo tanto, la salud de las poblaciones silvestres años, o incluso siglos, después. Aunque los científicos han criopreservado con éxito los embriones de muchas especies de mamíferos y el esperma de muchas especies de peces, congelar embriones de pescado resultó infinitamente más complicado.

La criopreservación exitosa de un embrión requiere enfriar el embrión a un estado criogénicamente estable, luego calentándolo a un ritmo más rápido de lo que se enfrió, y usar un anticongelante (o crioprotector) para detener el crecimiento de cristales de hielo, que son como alfileres en un globo que reventan la membrana y hacen que el embrión se deshaga. Embriones de pescado, sin embargo, son muy grandes, lo que dificulta descongelarlos rápidamente y evitar el desarrollo de cristales de hielo. Además, porque los animales acuáticos necesitan sobrevivir en ambientes hostiles, sus membranas embrionarias son en su mayoría impenetrables, bloqueando los crioprotectores.

Ingrese a la nanotecnología láser de oro, un campo tecnológico de rápido crecimiento desarrollado para aplicaciones de criopreservación por el ingeniero mecánico de la Universidad de Minnesota, John Bischof, que fue fundamental para el éxito del estudio y tiene una amplia variedad de aplicaciones biomédicas.

"Los láseres tienen la emocionante capacidad de actuar como un" interruptor de luz "que puede activar y desactivar la actividad biológica dentro de biomateriales cargados de nanopartículas de oro, "dijo Bischof, autor principal del estudio. "En este caso, mediante la ingeniería cuidadosa y el despliegue de nanopartículas de oro dentro de un embrión inactivo biológico y almacenado criogénicamente, podemos usar un pulso láser para calentar rápidamente el embrión a temperatura ambiente y cambiar la actividad biológica, y por tanto la vida, de nuevo en."

Las nanovarillas de oro son pequeños cilindros de oro que convierten la luz absorbida (de un láser, por ejemplo) en calor. Los autores del estudio inyectaron tanto el crioprotector como las nanopartículas de oro en los embriones. Las partículas de oro transfirieron calor uniformemente por todo el embrión cuando se golpearon con un láser, calentando el embrión de -196 grados C a 20 grados C en solo una milésima de segundo. La velocidad de calentamiento asombrosamente rápida, en combinación con el crioprotector, impidió la formación de cristales de hielo letales.

Los embriones que se sometieron a este proceso se desarrollaron al menos hasta la etapa de 24 horas en la que desarrollaron un corazón, branquias la musculatura de la cola y se movió, lo que demuestra su viabilidad después del deshielo.

A continuación, los autores del estudio tienen como objetivo afinar el proceso para garantizar que puedan aumentar la tasa de supervivencia de los embriones. También investigarán el uso de la automatización para reforzar la cantidad de embriones que pueden descongelar con éxito a la vez.

Debido a que los embriones de otros animales acuáticos:peces, anfibios y corales:son muy similares a los del pez cebra, esta tecnología es directamente aplicable a la criopreservación de embriones de muchas especies. La tecnología también puede personalizarse para criopreservar embriones de reptiles y aves y mejorar el proceso de criopreservación de embriones de mamíferos. incluyendo pandas gigantes y grandes felinos. Además, la tecnología puede ayudar a las granjas de acuicultura a ser más eficientes y rentables, ejerciendo menos presión sobre las poblaciones silvestres.

Los investigadores de salud humana utilizan el pez cebra, que tiene un genoma similar al de los humanos, como importantes modelos de enfermedad para estudiar el melanoma. enfermedades del corazón y trastornos sanguíneos, entre otros problemas de salud. Los embriones de pez cebra criopreservados evitarán que los científicos pierdan líneas de investigación completas y les dará la flexibilidad de recuperar las líneas según sea necesario.