Resolvendo o quebra-cabeça da ligação de polímeros ao gelo para criopreservação

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Um detalhe de nível molecular da interação entre PVA e gelo (a partir de simulações de dinâmica molecular). Crédito: University of Warwick

Quando o material biológico (células, sangue, tecidos) é congelado, crioprotetores são usados ​​para prevenir os danos associados à formação de gelo durante o processo de congelamento. Novos crioprotetores poliméricos estão surgindo, ao lado dos crioprotetores estabelecidos, mas como exatamente eles conseguem controlar a formação e o crescimento de gelo ainda é amplamente desconhecido. Isso é especialmente verdadeiro para o PVA, um polímero sintético aparentemente simples que interage com o gelo por meio de mecanismos que agora foram revelados no nível atomístico graças aos pesquisadores da Universidade de Warwick.

Os crioprotetores são cruciais no congelamento de material biológico para diminuir o dano celular envolvido na formação de gelo. A recristalização do gelo, que é o processo pelo qual cristais de gelo maiores crescem às custas dos menores, é um dos principais problemas que afetam os protocolos de criopreservação atuais e ainda é pouco compreendido. Pesquisadores da Universidade de Warwick investigaram como um polímero bastante popular com potencial para ser usado na criopreservação se liga aos cristais de gelo em crescimento.

No artigo, intitulado "Os detalhes atomísticos da atividade de inibição da recristalização do gelo do PVA", publicado na revista Nature Communications , pesquisadores da Universidade de Warwick descobriram que, ao contrário do consenso emergente, cadeias poliméricas mais curtas ou mais longas de poli ( álcool vinílico (PVA) todos se ligam ao gelo.

Até agora, a comunidade tem trabalhado sob o pressuposto de que polímeros curtos não se ligam fortemente aos cristais de gelo, mas neste trabalho o Dr. Sosso e colegas de trabalho demonstraram que é o equilíbrio sutil entre essas interações de ligação e o volume efetivo ocupado pelos polímeros na interface com o gelo que determina sua eficácia em impedir a recristalização do gelo.

Este trabalho reúne medidas experimentais de inibição da recristalização do gelo e simulações computacionais. Os últimos são ferramentas inestimáveis ​​para obter uma visão microscópica de processos como a formação de gelo, pois são capazes de ver o que está acontecendo em processos muito rápidos ou muito pequenos que são difíceis de ver mesmo através das técnicas experimentais mais avançadas.

Este trabalho lança uma nova luz sobre os princípios fundamentais no cerne da recristalização do gelo, identificando os princípios de design que podem ser diretamente aproveitados para projetar a próxima geração de crioprotetores. Esta conquista é uma prova da força do que é carinhosamente conhecido como "Equipe de Gelo" em Warwick, uma rede de colaboração em constante crescimento com o potencial de causar um grande impacto em muitos aspectos da formação de gelo , da ciência atmosférica à química medicinal .

Fabienne Bachtiger, uma Ph.D. O aluno que trabalha no grupo de pesquisa do Dr. Sosso (Departamento de Química) que liderou este trabalho, explica:
"Descobrimos que mesmo cadeias bastante curtas de PVA, contendo apenas dez unidades poliméricas, se ligam ao gelo, e que pequenos copolímeros em bloco de PVA também se ligam. É importante para a comunidade experimental saber disso, pois tem sido trabalhando sob diferentes suposições até agora. Na verdade, isso significa que podemos usar com sucesso polímeros muito menores do que se pensava anteriormente. Esta é uma informação crucial para auxiliar no desenvolvimento de novos crioprotetores mais ativos".

Dr. Gabriele Sosso, do Departamento de Química da Universidade de Warwick, que está liderando um esforço computacional substancial para investigar a formação de gelo em matéria biológica, diz: "Com esta contribuição, adicionamos uma peça crucial ao quebra-cabeça de como Crioprotetores exatamente poliméricos interagem com cristais de gelo em crescimento. Isso é parte de um corpo maior de trabalho computacional e teórico que meu grupo está realizando com a intenção de compreender como os crioprotetores funcionam em nível molecular, a fim de identificar princípios de design que podem ser sondados diretamente por nossos colegas experimentais. Warwick é o lugar perfeito para aprofundar nossa compreensão do gelo, e este trabalho mostra o impacto da empolgante colaboração entre meu grupo de pesquisa e o Grupo Gibson".

O professor Matthew Gibson, do Departamento de Química e da Warwick Medical School da University of Warwick, afirma: "A recristalização do gelo é um verdadeiro desafio na criobiologia, levando a danos às células, mas também aos alimentos congelados ou à infraestrutura. O polímero 'simples' funciona para controlar a recristalização do gelo é um grande passo à frente para descobrir novos crioprotetores e, finalmente, usá-los no mundo real".

Fonte: Phys News / pela Universidade de Warwick / 15-03-2021

https://phys.org/news/2021-03-puzzle-polymers-ice-cryopreservation.html      

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Membro da Society for Science andthePublic (SSP) e assinante de conteúdoscientíficos da NASA (NationalAeronauticsand Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`CoolGroundObservation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The GlobeProgram / NASA GlobeCloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela NationalOceanicandAtmosphericAdministration (NOAA) e U.S DepartmentofState.

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