CRIOPRESERVACIÓN
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 computerizada) 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 transplantes.
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 ultracongelación.
Todavía quedan por descifrarse 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.
Bibliografía:
Akira Sakai and Florent Engelmann (2007) Vitrification,
encapsulation-vitrification and droplet-vitrificacion: a review.
CryoLetters 28, 151-172
Luz Mábel Ávila-Portillo et al. (2006) Fundamentos de la
criopreservación. Revista Colombiana de Obstetricia y Ginecología Vol.
57, No. 4, 291-300
Sergio David León Dueñas (2013) Científicos del grupo Ciclotrón del
CNA llevan a cabo estudios de criopreservación de órganos. Comunicación
del Centro Nacional de Aceleradores, Sevilla
(Fuente)
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