Criopreservación, La vida entre cristales

Esquema de un ciclotrón
Esquema de un ciclotrón
Criopreservación: La vida entre cristales.

Un compuesto descubierto por el químico Rutherford en 1772 revolucionaría la ciencia moderna.

Y no sería hasta un siglo más tarde, cuando dos profesores de la Universidad de Jagellínica hallarían la forma de licuificar este elemento, el nitrógeno.

El nitrógeno líquido se parece al agua en apariencia ya que es incoloro e inodoro, no es corrosivo, ni tampoco inflamable pero es un líquido muy frío.

El almacenamiento de este líquido presentaba un serio problema, la evaporación.

Éste fenómeno se daba de forma muy rápida y venía provocado por efecto de la convección del calor, la conducción y la radiación.

Esto sería solventado por el científico británico James Dewar, el cual creó un frasco para poder transportar y estudiar gases a bajas temperaturas.

Seguramente este aparato le recuerde a algo, y es cierto, el termo está basado en este invento.

Hoy en día, estos tanques son algo diferentes en estructura y componentes, pero se basan en los mismos principios.

Una vez resuelto el problema, el nitrógeno líquido se convierte en una herramienta para multitud de campos como la industria médica, de alimentos, electrónica, aeronáutica, refinería e incluso la industria militar.

Uno de estos campos fue la criopreservación.

La criopreservación o crioconservación es un proceso por el cual un material biológico que podría sufrir algún tipo de daño por reactividad química o por el tiempo, es capaz de evitar este daño por medio del enfriamiento.

A temperaturas muy bajas, todo material de carácter biológico o químico que pudiera ocasionar un daño se detiene, se para el metabolismo por así decirlo.

La conservación mediante congelación presenta un problema grave, el cual hoy en día se sigue investigando para intentar solucionar.

Hablamos de la formación de cristales de hielo y los cambios osmóticos.

Cuando se aplica frío en tejidos o células, el material líquido forma pequeñas acumulaciones cristalizadas de hielo que ponen en peligro la estabilidad celular provocando estrés osmótico y roturas celulares.

Estas formaciones cristalinas pueden darse también durante procesos de descongelación si el material es lo suficientemente grueso para que se den partes congeladas y descongeladas de forma contigua.

La criopreservación trabaja para evitar la formación de estos cristales. Los primeros trabajos en este campo suceden a finales de los años 40 del siglo pasado con gametos de anfibios por Rostand, y de aves por Polge.

Unos años más tarde, el mismo Polge descubriría por error las propiedades crioprotectoras del glicerol resolviendo así el misterio de cómo reducir estos acúmulos.

Gracias a este descubrimiento, conseguiría criopreservar esperma de toro teniendo consecuencias de largo alcance para el futuro de la inseminación artificial y mejoramiento genético en el ganado.

En la actualidad el glicerol es uno de los medios usados en la congelación de blastocistos humanos.

Nace así la gran carrera por la congelación de la vida.

Desde este momento empezaron a aparecer compañías que se dedicaban a la venta de embriones de “raza” que eran implantados en hembras para así obtener ganado de mejor calidad bajando el número de sementales necesarios.

Mauler y Bank consiguieron conservar en 1974 embriones de conejo; y mas tarde, en 1976, Willadsen congeló embriones de oveja.

Pero no sería hasta 1979 cuando Trouson y Mohr publicarían en la revista Nature su estudio sobre la congelación de un embrión humano de 8 células que más tarde sería implantado en una mujer.

Este experimento tuvo éxito parcial, ya que desgraciadamente, la mujer perdería el embrión por una infección tras unos meses de gestación.

En 1986 Testart y Lasalle publicaron sobre los primeros embarazos de embriones congelados.

Todos estos descubrimientos dieron lugar al nacimiento de la rama de la biología/medicina que hoy se conoce como criobiología.

El tiempo, ese gran padre de la ciencia, ha permitido que estos métodos avanzaran, mejorándose y adaptándose a las necesidades de los distintos tipos celulares y tejidos.

Hoy en día existen dos métodos básicos de congelación, de forma rápida o lenta.

Para aplicar los métodos lentos, como se puede asumir por su nombre, se realiza mediante un descenso lento de temperatura, de forma gradual y con un control exhaustivo.

Los crioprotectores (recordemos que reducen la formación de cristales) más utilizados en estos casos son el dimetilsulfóxido (DMSO), propanendiol y el glicerol.

Los métodos rápidos, al contrario, son métodos en los que la temperatura baja a gran velocidad, generalmente usando inmersión directa en el nitrógeno líquido.

Una de las técnicas más conocidas y con muchas variantes es la vitrificación.

Este proceso consiste básicamente en la inmersión del material biológico en una solución altamente viscosa que, al ser enfriada, alcanza una consistencia similar a un vidrio.

Esta técnica aunque es efectiva contra la formación de hielo tiene otro problema, y es que, es necesaria la utilización de altas concentraciones de crioprotectores, llegando a ser tóxica.

Dependiendo del tipo celular, éste se tiene que congelar conociendo su perfil biofísico (características físicas de la célula).

Este perfil determina la mezcla de agentes crioprotectores penetrantes y no penetrantes, con el fin de encontrar un protocolo de criopreservación óptimo para cada célula.

Los agentes crioprotectores penetrantes son aquellos compuestos de bajo peso permeables a la membrana celular como el dimetilsulfóxido (DMSO) o el glicerol, ya mencionados antes.

Penetran de forma rápida, actuando como moduladores de la estabilidad y fases de la bicapa de los fosfolípidos, afectando también los procesos de solvatación de agua.

Por otro lado los agentes no penetrantes son compuestos más grandes, efectivos a velocidades altas de congelación.

Promueven la rápida deshidratación celular y suelen usarse asociados a los agentes penetrantes.

Entre los más usados se pueden destacar la sacarosa o la dextrosa.

Estas técnicas están en constante evolución y abriendo nuevos campos de uso.

Como ejemplo de esta evolución se puede citar al grupo de científicos del CNA pertenecientes a la Unidad Ciclotrón, en colaboración con la Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla.

Este grupo ha desarrollado recientemente un procedimiento mediante vitrificiación monitorizada por TAC (tomografía axial computarizada) por rayos X, usando como modelo riñón de conejo.

Esto abre una puerta a la criopreservación de órganos humanos, pudiendo crear un banco de órganos para trasplantes.

Otros ejemplos se encuentran en la conservación de embriones u ovocitos humanos para aquellas personas que por diversas causas quieren retrasar su embarazo o en bancos de germoplasma, donde se intenta conservar la diversidad genética, bien por simple conservación o para usos posteriores.

Incluso en la industria alimentaria, como en los procesos de ultra congelación.

Todavía quedan por descifrar muchas claves sobre estos procesos, pero ya estamos sobre la pista.

La criopreservación es una ciencia con un gran potencial.

No sabemos que nos deparará el futuro de la conservación de la vida y los horizontes que este campo alcance… o si.

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