Simulaciones biofísicas mediante elementos finitos de procesos de criopreservación y recalentamiento en material biológico

Resumen

En la criopreservación de material biológico se utilizan las bajas temperaturas para detener los procesos metabólicos celulares, intentando evitar el daño celular debido a la formación de hielo y las altas concentraciones de crioprotectores, tóxicas para dichos sistemas biológicos. De igual forma, es necesario realizar un proceso de recalentamiento que evite la formación de hielo, siendo para ello imprescindible en muchos casos un calentamiento de la muestra uniforme y a alta velocidad. En esta Tesis Doctoral se estudian diferentes procesos de enfriamiento y difusión de crioprotector en sistemas biológicos (células, tejidos y órganos), con el objetivo de entender mejor dichos procesos y optimizar diferentes parámetros en pruebas reales posteriores. Para ello se utilizan simulaciones de elementos finitos, mediante herramientas software como COMSOL Multiphysics y Openfoam. De igual forma se estudian y se simulan mediante elementos finitos diferentes propuestas novedosas para el recalentamiento de material biológico, como el uso de Ultrasonidos Focalizados de Alta Intensidad (HIFU, por sus siglas en inglés), o el uso de nanopartículas magnéticas unidas a proteínas anticongelantes. Las simulaciones realizadas muestran la validez y potencial de las técnicas aquí presentadas para su uso en la criopreservación de material biológico. Por último, se implementa un dispositivo para la realización de experimentos de criopreservación, mediante la técnica de Liquidus-Tracking, con el fin de validar las simulaciones de elementos finitos hechas y comparar los resultados obtenidos con los de un sistema real.