Crioprotetor - Cryoprotectant

Um crioprotetor é uma substância usada para proteger o tecido biológico de danos por congelamento (isto é, devido à formação de gelo ). Insetos , peixes e anfíbios árticos e antárticos criam crioprotetores ( compostos anticongelantes e proteínas anticongelantes ) em seus corpos para minimizar os danos causados ​​pelo congelamento durante os períodos frios de inverno. Os crioprotetores também são usados ​​para preservar materiais vivos no estudo da biologia e para preservar produtos alimentícios.

Durante anos, o glicerol foi usado na criobiologia como crioprotetor para células sanguíneas e espermatozóides de touro, permitindo o armazenamento em temperaturas de nitrogênio líquido . No entanto, o glicerol não pode ser usado para proteger órgãos inteiros contra danos. Em vez disso, muitas empresas de biotecnologia estão pesquisando o desenvolvimento de outros crioprotetores mais adequados para tais usos. Uma descoberta bem-sucedida pode eventualmente tornar possível o armazenamento criogênico em massa (ou "depósito") de órgãos humanos e xenobióticos transplantáveis . Um passo substancial nessa direção já ocorreu. A Twenty-First Century Medicine vitrificou um rim de coelho a -135 ° C com seu coquetel de vitrificação patenteado. No reaquecimento, o rim foi transplantado com sucesso para um coelho, com total funcionalidade e viabilidade, capaz de sustentar o coelho indefinidamente como único rim em funcionamento.

Mecanismo

Os crioprotetores operam aumentando a concentração de soluto nas células. No entanto, para serem biologicamente viáveis, eles devem penetrar facilmente e não devem ser tóxicos para as células.

Temperatura de transição do vidro

Alguns crioprotetores funcionam diminuindo a temperatura de transição vítrea de uma solução ou de um material. Desta forma, o crioprotetor evita o congelamento real e a solução mantém alguma flexibilidade na fase vítrea. Muitos crioprotetores também funcionam formando ligações de hidrogênio com moléculas biológicas à medida que as moléculas de água são deslocadas. A ligação de hidrogênio em soluções aquosas é importante para o funcionamento adequado da proteína e do DNA. Assim, como o crioprotetor substitui as moléculas de água, o material biológico retém sua estrutura e função fisiológica nativa, embora não esteja mais imerso em um ambiente aquoso. Essa estratégia de preservação é mais frequentemente utilizada na anidrobiose .

Toxicidade

As misturas de crioprotetores têm menos toxicidade e são mais eficazes do que os crioprotetores de agente único. Uma mistura de formamida com DMSO ( dimetilsulfóxido ), propilenoglicol e um colóide foi por muitos anos o mais eficaz de todos os crioprotetores criados artificialmente. Misturas crioprotetoras têm sido usadas para vitrificação (isto é, solidificação sem formação de gelo cristalino). A vitrificação tem importantes aplicações na preservação de embriões, tecidos biológicos e órgãos para transplante . A vitrificação também é usada na criônica , em um esforço para eliminar os danos por congelamento.

Convencional

Os crioprotetores convencionais são glicóis ( álcoois contendo pelo menos dois grupos hidroxila ), como etilenoglicol , propilenoglicol e glicerol . O etilenoglicol é comumente usado como anticongelante automotivo ; enquanto o propilenoglicol tem sido usado para reduzir a formação de gelo em sorvetes . O dimetilsulfóxido (DMSO) também é considerado um crioprotetor convencional. Glicerol e DMSO têm sido usados ​​por décadas por criobiologistas para reduzir a formação de gelo em espermatozoides , oócitos e embriões que são preservados a frio em nitrogênio líquido . A crioconservação de recursos genéticos animais é uma prática que envolve crioprotetores convencionais para armazenar material genético com a intenção de revivificação futura. A trealose é um açúcar não redutor produzido por leveduras e insetos em grandes quantidades. Seu uso como crioprotetor em sistemas comerciais foi amplamente patenteado.

Exemplos na natureza

Os peixes do Ártico usam proteínas anticongelantes , às vezes acrescentadas de açúcares, como crioprotetores.

Insetos

Mais informações: Proteína anticongelante e Threitol

Os insetos costumam usar açúcares ou polióis como crioprotetores. Uma espécie que usa crioprotetor é Polistes exclamans (uma vespa). Nesta espécie, os diferentes níveis de crioprotetor podem ser usados ​​para distinguir entre morfologias.

Anfíbios

As rãs árticas adaptadas ao frio (p. Ex., Rã-da-madeira ) e alguns outros ectotérmicos nas regiões polares e subpolares produzem glicose naturalmente , mas as pererecas marrons do sul e as salamandras árticas criam glicerol em seus fígados para reduzir a formação de gelo.

Quando a glicose é usada como crioprotetor por rãs árticas, grandes quantidades de glicose são liberadas em baixa temperatura e uma forma especial de insulina permite que essa glicose extra entre nas células. Quando a rã se reaquece durante a primavera , a glicose extra deve ser eliminada rapidamente, mas armazenada.

Preservação de alimentos

Os crioprotetores também são usados ​​para conservar alimentos. Esses compostos são tipicamente açúcares baratos e não apresentam problemas de toxicidade. Por exemplo, muitos produtos de frango congelados (crus) contêm uma solução de sacarose e fosfatos de sódio em água.

Comum

Veja também

Referências