Development and ex vivo evaluation of a photosynthetic oxygenation solution for renal graft preservation
Date
2024
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Abstract
En la actualidad, la escasez de órganos para trasplante es un problema creciente a nivel mundial. De hecho, se estima que solo un 25% de los pacientes en lista de espera reciben un órgano y son trasplantados. Uno de los problemas fundamentales en el área de trasplante, radica en las técnicas de preservación, las que buscan mantener la integridad del órgano desde su obtención hasta su implantación. La técnica gold standard es la preservación estática en frío, donde el órgano se mantiene de manera estática y a baja temperatura para disminuir la demanda metabólica de oxígeno, lo que permite mantener al injerto por mayor tiempo. En esta técnica, la condición de isquemia (interrupción del flujo sanguíneo) genera hipoxia (baja concentración de oxígeno en el tejido), lo que seguido de la reperfusión (restauración del flujo sanguíneo) induce una cascada de daño oxidativo gatillada por el aumento abrupto de la concentración de oxígeno en el tejido, lo que se potencia con el efecto negativo de la hipotermia y termina ocasionando un daño grave al órgano, cuya magnitud depende del tipo de injerto (de criterio estándar o expandido) y del tiempo de isquemia. Para solucionar este problema han surgido nuevas tecnologías que buscan emular las condiciones fisiológicas del órgano, siendo el oxígeno uno de los componentes claves. Para ello, han surgido diversas técnicas para la oxigenación ex vivo de injertos, tales como la persufluación y el desarrollo de transportadores artificiales de oxígeno. Sin embargo, en su mayoría estas últimas técnicas presentan varias limitaciones que restringen su aplicación clínica. En la última década, nuestro grupo de investigación ha propuesto una nueva estrategia para la oxigenación de tejidos basada en la fotosíntesis llevada a cabo por microalgas. Este manuscrito corresponde a la recopilación de 3 artículos científicos donde se desarrolló y validó el uso de una solución basada en microalgas para la preservación de órganos para trasplante.El objetivo de esta tesis consistió en oxigenar y preservar riñones aislados de rata mediante la perfusión con una solución fotosintética. Para ello, se desarrolló y luego mejoró una solución fotosintética basada en una solución fisiológica estándar y la microalga modelo Chlamydomonas reinhardtii, incorporando un agente oncótico para prevenir el edema tisular. Estas microalgas permanecieron viables luego de la incubación en la solución fotosintética, modificando levemente su morfología. La producción de oxígeno no fue afectada, mientras que la osmolalidad y viscosidad se mantuvieron en valores adecuados para que la solución pueda ser perfundida. Además, la solución no presentó efectos tóxicos en dosis bajas y moderadas en un modelo de toxicidad de larvas de pez cebra. Una vez desarrollada y caracterizada la solución, se determinó que era capaz de producir oxígeno suficiente para sustentar el metabolismo activo de larvas de pez cebra y láminas de riñón de rata. Más aun, la incubación por 24 horas de la solución fotosintética con láminas de riñón de rata en condiciones de hipoxia mejoró el contenido de ATP del tejido renal, sin afectar la viabilidad de las microalgas. Una vez validada la capacidad oxigenadora de la solución fotosintética, se perfundieron riñones de rata. El procedimiento de perfusión per se no generó daño en el tejido y las microalgas se distribuyeron de manera uniforme en el tejido renal, alcanzando médula y corteza, localizándose principalmente en glomérulos y vasos sanguíneos. Las rebanadas de riñón perfundidas con la solución fotosintética e incubadas en luz e hipoxia por 24 horas, presentaron mejor preservación del tejido en términos de tasa de consumo de oxígeno, reducción de MTT y contenido de ATP. Además, presentaron menor daño histológico evaluado mediante tinción H&E (hematoxilina & eosina), tinción PAS (ácido peryódico de chiff) y cuantificado mediante el score EGTI (daño endotelial, glomerular, tubular e intersticial). Finalmente, las microalgas permanecieron viables luego de la incubación en hipoxia y la perfusión intravascular.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2024