Aplicación de tecnología de microondas de frecuencia variable para recalentamiento de tejido cardíaco criopreservado

Abstract

Una de las proyecciones futuras de la criopreservación es lograr completar dicho desarrollo manteniendo la viabilidad y funcionalidad de tejidos biológicos. Esto permitiría formar bancos de órganos criopreservados entre otras aplicaciones que abriría paso esta técnica. No obstante, se encuentran complicaciones que no lo hacen factible y aún permanecen en investigación soluciones y técnicas potenciales. Entre estos problemas, una de las principales dificultades reside en el proceso de recalentamiento, en el cual el tejido sufre daños biológicos internos que destruyen estos tejidos de mayor tamaño. Este estudio se realiza con objetivo de analizar una posible solución a esta cuestión, el recalentamiento de órganos mediante tecnología VFM, basada en la introducción de tasas de cambio de frecuencia de microondas. Con el fin de recabar toda la información posible para caracterizar el estudio de forma completa y afín a datos reales, se parte comenzando con una revisión bibliográfica del estado actual y las investigaciones que se han llevado a cabo en el campo de la criopreservación y VFM, además de documentar las características y propiedades dieléctricas de las muestras biológicas tratadas. En este proyecto se han desarrollado una serie de modelos que emulan cómo se comportaría el sistema de calentamiento de un corazón humano criopreservado mediante simulaciones realizadas en programas de elementos finitos, QuickWave y Comsol Multiphysics. Para el análisis se realizaron dos tipos de experimentos controlados, modelando un sistema microondas con frecuencia fija y otro con frecuencia variable. Finalmente, se presentan los resultados obtenidos. Estos demostraron que la uniformidad y la eficiencia del calentamiento están muy influenciadas por la frecuencia. Esta prometedora tecnología VFM optimizaba el proceso de recalentamiento y su rendimiento de forma notoria. Obteniendo perfiles de transferencia de calor más rápidos y un mapa de distribución de temperaturas más uniformes u homogéneos.

One of the future projections of cryopreservation is to complete this development while maintaining the viability and functionality of biological tissues. This will allow to form banks of cryopreserved organs and other applications that this technique would open the way. However, complications are encountered that make it not feasible. Potential solutions and techniques not still under investigation. Among these problems, one of the main difficulties lies in the rewarming process, in which the tissue suffers internal biological damage that destroys these larger tissues. This study is carried out with the objective of analyzing a possible solution to this question, the reheating of organs technology using VFM, based on the introduction of microwave frequency swept rates. In order to collect all the possible information to characterize the study in a complete way and related to real data, it starts with a bibliographic review of the current state and the investigations that have been carried out in the field of cryopreservation and VFM, in addition to documenting the characteristics and dielectric properties of the treated biological samples. In this project, a series of models have been developed that emulate how the heating system of a cryopreserved human heart would behave through simulations carried out in finite element programs, QWED and Comsol Multiphysics. For the analysis, two types of experiments were carried out, modeling a microwave system with a fixed frequency and another with variable frequencies. Finally, the results obtained are presented. These demonstrated that the uniformity and efficiency of heating are highly influenced by frequency and this promising VFM technology significantly optimized the process and its performance, obtaining faster heat transfer profiles and more uniform or homogeneous temperature distribution.