El projecte SNAL demostra que la utilització de nanopartícules d'apatita aporta millores en la criopreservació de glòbuls vermells

La transfusió de sang és un procediment clínic important que es duu a terme cada dia i que necessita reserves suficients de glòbuls vermells als bancs de sang. Tanmateix, els glòbuls vermells que s’utilitzen per a les transfusions tenen poca vida útil (només 42 dies) si es conserven en condicions estàndards, i mantenir el subministrament continu d’un banc de sang és un problema constant. Des dels anys setanta, s’utilitzen alguns solvents, com el glicerol, com a crioprotectors per a la criopreservació de glòbuls vermells als hospitals. El glicerol és tòxic, però, i s’hauria de retirar mitjançant un procés de diàlisi abans de transfondre la sang a un pacient. La diàlisi és lenta i, per tant, inapropiada per a les emergències; és cara i els glòbuls vermells que passen per aquest procés de descongelació acaben tenint una vida útil de tan sols un dia. Els crioprotectors com la trehalosa es poden fer servir per criopreservar els glòbuls vermells sense necessitat de cap procés de diàlisi. Malgrat tot, l’índex de supervivència dels glòbuls vermells tractats és baixa i, per tant, aquest mètode es considera inapropiat per a assumptes clínics.

Basant-se en aquests problemes, el grup de Christophe Drouet (CNRS-Tolosa) va crear nanopartícules de 200 nanòmetres de diàmetre d’apatita que estaven fetes dels mateixos components químics que els ossos i les dents, és a dir, que eren perfectament compatibles biològicament. Més endavant, amb la col·laboració de Martin Stephanic (investigador de Biopharma, una companyia especialitzada en criopreservació), van fer experiments de criopreservació de glòbuls vermells amb la presència d’aquestes nanopartícules. L’índex de supervivència dels glòbuls corresponents després de descongelar-se encara era massa baix. Tan sols en els casos en què s’hi afegia trehalosa, més del 90% dels glòbuls vermells sobrevivien a la descongelació sense haver de passar pel procés de diàlisi i, per tant, aquest mètode es consideraria apropiat per a assumptes clínics. Els resultats indicaven clarament que les nanopartícules van poder proporcionar trehalosa als glòbuls vermells, tot i que no quedava gaire clar el mecanisme que utilitzaven.

Per tal de solucionar-ho, es va demanar a l’equip de físics teòrics de la URV, encapçalat pel Dr. Vladímir Baulin, i al grup experimental del Dr. Jean-Baptiste Fleury a la Universitat de Saarland que exploressin el mecanisme. Aquest grup experimental va començar a estudiar les condicions de la distribució de la trehalosa a través de la membrana dels glòbuls. Van dissenyar un experiment microfluídic per formar sistemes de bicapa fosfolipídica, que es poden considerar membranes cel·lulars artificials. Amb aquesta organització experimental, van explorar la interacció de nanopartícules individuals amb la membrana artificial. Utilitzant una combinació de microscòpia fluorescent òptica i de mesures electrofisiològiques, van mostrar que aquestes nanopartícules no formaven porus ni danyaven la membrana artificial quan les hi posaven en contacte, fet que explicaria la distribució de la trehalosa. Demostren que les nanopartícules s’adherien fermament a la membrana artificial i que fins i tot podien mesurar l’energia d’adhesió corresponent. El Dr. Baulin va investigar, amb simulacions computacionals, l’efecte d’aquestes nanopartícules tan adherents en el que s’anomena una «bicapa perfecta», que substituïa la membrana dels glòbuls vermells. Basant-se en els seus càlculs, el grup del Dr. Baulin va observar que, per a l’energia d’adhesió mesurada experimentalment, aquestes nanopartícules poden estendre intensivament la membrana a una escala local al voltant de la nanopartícula i, per tant, permeten que la trehalosa es transfereixi massivament a través de la membrana artificial.

Aquest descobriment de criopreservació de glòbuls vermells de baix cost amb un índex de supervivència mot alt obre un nou camí als procediments clínics. El mecanisme de la distribució de trehalosa mediat per la impregnació de la membrana a causa de la presència de nanopartícules crea perspectives interessants.

Referència bibliogràfica: Martin Stefanic, Kevin Ward, Harvey Tawfik, Ralf Seemann, Vladimir Baulin, Yachong Guo, Jean-Baptiste Fleury, Christophe Drouet,” Apatite nanoparticles strongly improve red blood cell cryopreservation by mediating trehalose delivery via enhanced membrane permeation”, Biomaterials, Volum 140, 2017, Pàgines 138-149, http://dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2017.06.018.