El nitrógeno es el elemento más abundante en la atmósfera terrestre. Para algunos, esto podría bastar para explicar por qué utilizamos nitrógeno líquido para la criopreservación. Pero, por supuesto, no es tan fácil como "sacar nitrógeno" de la nada. La abundancia por sí sola no hace que un refrigerante sea adecuado para almacenar mañana a los pacientes durante un tiempo indefinido. En este artículo destacaremos lo que realmente hace que el nitrógeno, en su forma líquida, sea la mejor opción para la biostasis hoy en día.
¿Cómo funciona la criopreservación?
El proceso de crioprotección comienza por reducir lentamente la temperatura central del cuerpo a niveles bajo cero. Esto la sitúa por debajo de la llamada "temperatura de transición vítrea", en torno a los -130 °C, consiguiendo la vitrificación en el proceso. Se utilizan agentes crioprotectores para proteger la estructura celular de riesgos como la formación de cristales de hielo. Mediante el enfriamiento y el proceso de criopreservación, las tasas metabólicas se reducen significativamente, deteniendo por completo la actividad biológica. Una vez vitrificado, el cuerpo queda en completa "pausa biológica", lo que significa que los pacientes pueden almacenarse en este estado indefinidamente sin degradación.
En Tomorrow Bio utilizamos temperaturas de -196 °C para el almacenamiento a largo plazo de pacientes criopreservados (con el almacenamiento a temperatura intermedia, también conocido como ITS, en fase de desarrollo), que se consigue utilizando nitrógeno líquido.
¿Qué es el nitrógeno líquido?
El nitrógeno líquido es un gas incoloro, inodoro e insípido con un punto de ebullición de -196ºC y un punto de congelación de -210ºC. Se genera a gran escala en plantas de separación de aire.
Aquí, el aire se divide en sus componentes primarios (principalmente nitrógeno y oxígeno) comprimiéndolo, purificándolo y, finalmente, enfriándolo cerca de su temperatura de licuefacción.
Mediante recipientes de vacío presurizados y superaislados, estos componentes divididos pueden almacenarse (durante muchas semanas) y transportarse a cualquier lugar donde puedan encontrar un buen uso. Entre otras cosas, el nitrógeno líquido se está utilizando en almacenes de crioconservación dentro de dewars de almacenamiento criogénico.
¿Por qué se utiliza nitrógeno líquido para la crioconservación?
El nitrógeno líquido se utiliza habitualmente para enfriar sustancias a temperaturas extremadamente bajas. Es una suerte que también posea una temperatura natural por debajo del punto de transición del vidrio, con la que pueden funcionar los procedimientos de criopreservación.
Además, es relativamente barato, sobre todo si se compara con otros gases similares (por ejemplo, el neón líquido). Como el nitrógeno líquido puede extraerse del aire ambiente, también es un gas respetuoso con el medio ambiente, un factor importante si se tiene en cuenta el largo tiempo de almacenamiento que se supone que permite. La sustancia también es excepcionalmente fácil de mantener. Un solo lote es capaz de mantener en condiciones óptimas a pacientes criogenizados durante más de una semana. En la parte superior de los dewars, el nitrógeno líquido hierve constantemente al evaporarse y convertirse en gas. Para contrarrestarlo, el almacén se abastece semanalmente de nitrógeno líquido, de modo que al cabo de una semana basta con añadir nitrógeno líquido nuevo para mantener la temperatura estable.
En el peor de los casos, cuando no es posible rellenar el depósito por algún motivo, es capaz de proteger el cerebro de un paciente hasta un mes sin problemas. Esto se debe a que nuestros pacientes se almacenan boca abajo dentro de los dewars, lo que permite que el cerebro se beneficie de la mejor protección. En el improbable caso de una descongelación accidental, el cerebro sería lo último en quedar expuesto.
Gracias a la avanzada tecnología de almacenamiento, podemos mantener existencias adicionales como reserva, de modo que incluso si la cadena de suministro sufre problemas imprevistos, estamos preparados.
¿Cómo se utiliza el nitrógeno líquido?
Los dewars de almacenamiento criogénico de cuerpo entero se llenan hasta arriba con nitrógeno líquido, hasta sumergir por completo el cuerpo del paciente. El relleno se produce como hemos mencionado antes.
En los dewars ITS, menos habituales, sólo se llena el fondo con la sustancia. Este método permite almacenar el cuerpo a mayor temperatura, lo que reduce la posibilidad de daños térmicos. Sin embargo, un inconveniente de los STI es que hay que rellenarlos con más frecuencia, aproximadamente una vez cada pocos días.
La reposición puede realizarse automáticamente, pero suele hacerse a mano para no depender de la electricidad. Esto reduce drásticamente el coste total del almacenamiento a lo largo del tiempo y, además, hace que el mantenimiento sea más sostenible.
Opciones alternativas (y por qué no se utilizan)
A pesar de todos los elogios que le hemos dedicado hasta ahora, el nitrógeno líquido no es perfecto. Por un lado, su temperatura y la temperatura de transición vítrea distan más de 60 °C, alrededor de -196 °C y -130 °C respectivamente. La temperatura natural del nitrógeno líquido se adapta a los procedimientos criogénicos y es la más fácil de mantener, aspecto clave por el que lo utilizamos. Sin embargo, lo ideal sería mantenerse lo más cerca posible del punto de transición vítrea, para evitar el estrés térmico debido a un mayor enfriamiento. Los sistemas de almacenamiento ITS intentan resolver este problema, pero conllevan sus propios retos añadidos y un coste adicional.
Hay otras sustancias que podrían utilizarse en lugar del nitrógeno líquido pero, por una razón u otra, no se hace. Veamos algunas de ellas:
Hidrógeno líquido (LH2)
- Precio decente
- Equipo costoso necesario para la manipulación
- Punto de ebullición muy bajo de -252°C (recuerde que no queremos bajar demasiado de 130°C)
- Se evapora demasiado rápido
- Altamente inflamable
Neón líquido (LNe)
- Completamente inerte (no se ve afectado por otros productos químicos)
- Demasiado frío (-246°C)
- Extremadamente caro (más de 120 euros por litro, si no más)
Oxígeno líquido (LO2,LOX)
- Barato
- Buen oxidante (puede quemar la mayor parte de la materia orgánica y también metales, usted y toda la instalación)
Helio líquido (LHe)
- Puede congelarse a presiones muy bajas
- La sustancia más inerte conocida
- Temperatura aún más baja (-269°C)
- Necesidad de dewars especiales
- Se evapora con extrema facilidad
- Se prevé que se agoten en unas décadas
Por debajo de la línea, todas estas opciones son demasiado caras, demasiado frías o demasiado inseguras para tener sentido. En comparación, el nitrógeno líquido las supera fácilmente a todas.
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Conclusión
Por ahora, el nitrógeno líquido sigue siendo la mejor opción. Mientras no se descubra una nueva sustancia que funcione excepcionalmente bien para los procedimientos de crioconservación, lo más probable es que las nuevas técnicas y tecnologías que utilizan nitrógeno líquido mejoren en cambio la calidad del almacenamiento (como el STI).
Es la forma más barata y fácilmente sostenible de mantener la Biostasis para los humanos que conocemos. Existen otras opciones, pero no tienen mucho sentido en comparación con el nitrógeno líquido. Mirando hacia el futuro, lo más probable es que veamos este refrigerante natural utilizado en la criopreservación durante mucho tiempo.
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