Evitar la formación de cristales de hielo a las temperaturas extremas necesarias para la crioconservación es vital. Los cristales de hielo pueden destruir las membranas celulares y dañar la integridad del organismo. La mejor forma de disuadir la formación de hielo es utilizar crioprotectores.
Los crioprotectores, agentes crioprotectores o APC son un tipo de anticongelante de calidad médica que se introduce en el cuerpo mediante un proceso denominado perfusión. Esto permite la vitrificación del cuerpo tras su posterior enfriamiento, un proceso clave para la criopreservación de alta calidad.
Encontrar el equilibrio adecuado de APC es importante debido a sus diferentes niveles de toxicidad en determinadas concentraciones. Los crionicistas están constantemente afinando la mezcla para permitir la mejor criopreservación con la menor toxicidad posible.
Este artículo le ayudará a entender mejor qué son los crioprotectores y cómo funcionan.
Por qué se evita la congelación en criónica
La congelación del agua en el organismo provoca dos tipos de daños: mecánicos y químicos. criónica Los investigadores no son partidarios de ninguno de los dos. El daño mecánico es la distorsión de la estructura y la forma de la célula causada por la formación de cristales de hielo. Estos cristales de hielo son extremadamente afilados y pueden cortar las membranas celulares y otros tejidos de su alrededor. Queremos evitar a toda costa que esto ocurra durante la criopreservación, ya que de lo contrario contribuiría a la muerte celular.
Por otro lado, el daño químico se produce por la exclusión de moléculas cuando el agua se congela. Por lo general, el agua dentro de un organismo vivo forma parte de una solución que consta de muchos tipos de moléculas diferentes. Cuando las moléculas de agua se congelan, se buscan unas a otras y forman una sustancia pura, apartando a todas las demás moléculas. Esto da lugar a una alta concentración de solutos nocivos en el agua no congelada restante.
Para evitarlo, se utilizan crioprotectores que, a su vez, permiten la vitrificación en la criopreservación. La vitrificación es la transformación de una sustancia en un estado amorfo similar al vidrio; esto ocurre a unos -130°C, la llamada temperatura de transición vítrea. Los crioprotectores mantienen las moléculas en su sitio hasta que se produce la vitrificación, lo que aumenta significativamente la supervivencia celular en comparación con la congelación.
¿Qué son los crioprotectores?
Los crioprotectores se comportan de forma similar a los anticongelantes, como los que se añaden al coche cuando la temperatura exterior desciende por debajo de cero. Se disuelven en el agua y ayudan a reducir su punto de congelación. Sin embargo, los CPA son una variedad especializada de grado médico de estos productos químicos.
Los CPA más utilizados son el glicerol, el etilenglicol, el propilenglicol y el dimetilsulfóxido (DMSO). De estos CPA, hay dos clases principales de crioprotectores:
- CPA penetrantes que impiden la formación de hielo en el interior de las células, penetrando en la pared celular.
- CPA no penetrantes que impiden la formación de hielo fuera de las células.
Los CPA penetrantes se utilizan habitualmente junto con los CPA no penetrantes porque el hielo se forma más fácilmente extracelularmente que intracelularmente. Con la presencia de CPA no penetrantes, los CPA penetrantes no necesitan estar tan concentrados. Esto es crucial para una criopreservación de alta calidad, ya que cuanto mayor sea la concentración de CPA penetrantes, más tóxica será la solución.
Toxicidad de los crioprotectores
Las moléculas de agua del interior del organismo deben sustituirse por moléculas crioprotectoras para que la vitrificación tenga éxito. Sin embargo, a concentraciones más altas, los CPA se vuelven cada vez más tóxicos.
El nivel de toxicidad de los CPA cambia a diferentes temperaturas. Para reducir la toxicidad durante la perfusión, las concentraciones de CPAs se aumentan a un ritmo lento, mientras que las temperaturas en el cuerpo se reducen. Esto se hace porque los CPA administrados a temperaturas cercanas al punto de congelación tienen un nivel de toxicidad mucho menor que esas mismas sustancias químicas a temperaturas más cálidas.
Los crioprotectores no son tóxicos a temperaturas criogénicas. Sólo se vuelven tóxicos al recalentarse. Esto significa que, en caso de reanimación, habría que retirar los CPA con extrema rapidez para evitar la muerte celular. Esto plantea un problema para el que la tecnología médica del futuro tendrá que encontrar una solución. A la vista de los avances médicos actuales, somos optimistas y creemos que la tecnología del futuro podría encontrar la forma de superar estos retos y permitir la reanimación a partir de la biostasis.
¿Qué se puede hacer?
Los científicos son conscientes de las limitaciones de los agentes crioprotectores y trabajan activamente para contrarrestar, minimizar y, en última instancia, eliminar su toxicidad. Actualmente, se pueden hacer algunas cosas para reducir la toxicidad de los CPA:
Combinación de crioprotectores para reducir la toxicidad
La investigación ha descubierto que los distintos CPA tienen diferentes niveles de toxicidad, dependiendo de la situación en la que se utilicen. Sabemos que hay ciertas combinaciones de CPA que reducen la toxicidad general.
Actualmente, los científicos están investigando las combinaciones óptimas de CPA.
Enfriamiento rápido para evitar toxicidad
Los científicos intentan encontrar métodos alternativos de refrigeración para la criopreservación. Uno de ellos es la utilización de gas frío para enfriar órganos animales y criopreservarlos sin vitrificación. Los resultados mostraron que el helio frío enfriaba un riñón de cerdo hasta -180 °C sin fracturas y sugirieron que el uso de 20 atmósferas de presión podría permitir velocidades de enfriamiento significativamente más rápidas.
Unas tasas de enfriamiento tan rápidas como ésta podrían reducir el tiempo de exposición de los CPA. Esto reduciría, por tanto, la toxicidad, siempre que puedan evitarse daños como el choque frío.
Revertir la toxicidad de la CPA
Ciertas CPA liberan sustancias químicas que pueden provocar la muerte celular. Esto puede evitarse introduciendo inhibidores en las células calentadas. Además, la toxicidad de ciertos CPA puede invertirse con cambios en la expresión génica (logrados mediante Nanotecnología).
La esperanza es que, a medida que mejoren nuestros conocimientos sobre la toxicidad de los crioprotectores, podamos contrarrestar sus efectos con mayor eficacia.
Conclusión
Los crioprotectores, aunque tóxicos en determinadas concentraciones, desempeñan un papel crucial en la crioconservación de todos los materiales biológicos, desde tejidos, espermatozoides, óvulos y órganos hasta seres humanos. Las organizaciones criónica también lo entienden. Por eso, los científicos que se dedican a la investigación de la biostasis investigan constantemente formas de mejorar los métodos actuales. Descubrir mezclas mejoradas de CPA con menor toxicidad es uno de nuestros objetivos de I+D en Tomorrow Bio. Somos las organizaciones criónica de más rápido crecimiento en Europa, y avanzar en la investigación de la biostasis es uno de nuestros principales objetivos.
A medida que aumenten nuestros conocimientos sobre el comportamiento de los crioprotectores, podremos comprender y eliminar los efectos perjudiciales que tienen en el organismo. Una vez que los investigadores comprendan esto, la reanimación tras la criopreservación será mucho más probable.
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