Por: Nina Padme Eufracio Rojas / Departamento de Químico en Fármacos. Centro de Enseñanza Técnica Industrial Plantel Colomos. C. Nueva Escocia 1885, 44630 Guadalajara, Jal. Correo : neufraciorojas@gmail.com / Instagram:@ninapadme
El almacenamiento de células y tejidos a temperaturas bajo cero ha revolucionado la ciencia médica y la biología. Este proceso, conocido como criopreservación, depende de una serie de mecanismos moleculares y fisicoquímicos que protegen a las células del daño por congelación. Para evitar la formación de cristales de hielo que puedan perforar las membranas celulares, se utilizan crioprotectores, como el glicerol, una molécula que ha sido clave en la preservación celular.
¿Por qué el agua es un desafío?
El agua se comporta de manera inusual al congelarse: se expande y forma cristales de hielo afilados que pueden dañar la estructura celular. Este fenómeno ocurre porque las moléculas de agua forman una cristalina roja que ocupa más espacio que el agua en estado líquido. Los cristales de hielo actúan como pequeños “fragmentos de vidrio” que rompen las membranas celulares, una barrera esencial que separa el interior de la célula de su entorno.
A demás cuando el agua se congela fuera de célula sea expulsada hacia el exterior, lo que provoca deshidratación celular. Este fenómeno es similar a lo que ocurre cuando una esponja mojada se exprime: la célula se “encoge”, despojándose de agua vital, lo que altera su equilibrio químico interno.
El Héroe Silencioso de la Criopreservación
Para contrarrestar estos efectos, se utiliza el glicerol, un compuesto que desempeña tres funciones principales en la criopreservación:
- Reducción del punto de congelación del agua: Al mezclarse con el agua dentro y fuera de la célula, el glicerol disminuye el punto de congelación. Esto significa que el agua no se convierte en hielo a temperaturas normales de congelación, lo que reduce la formación de cristales dañinos. Es como añadir sal a las carreteras heladas en invierno para evitar que se forme hielo.
- Protección de las membranas celulares: El glicerol también protege las membranas celulares estabilizando los lípidos (grasas) que las componen. Esto evita que la estructura de la célula se rompa cuando es sometida al frío extremo, como si aplicamos una capa de aislante a una ventana para evitar que se agriete bajo una tormenta de hielo.
- Equilibrio osmótico: El glicerol ayuda a retener agua dentro de la célula, impidiendo que toda sea expulsada cuando se congela el ambiente externo. Al igual que un amortiguador, el glicerol asegura que la célula mantenga su volumen y no se deshidrate, preservando sus funciones vitales.
El glicerol es una molécula hidrofílica (afín al agua) que se mezcla fácilmente con el agua. En la criopreservación, el glicerol actúa intercalándose entre las moléculas de agua, interfiriéndose en la formación de la cristalina roja que produce hielo. Esta interacción retarda la cristalización y disminuye el daño celular. Además, el glicerol es capaz de interactuar con las moléculas de la membrana celular, evitando que los lípidos se vuelvan frágiles bajo temperaturas extremas.
El uso de crioprotectores como el glicerol ha permitido avances importantes en la medicina reproductiva, al posibilitar la preservación de espermatozoides, óvulos y embriones durante décadas. También ha sido crucial en la conservación de células madre, que pueden almacenarse sin deterioro para su uso en investigaciones sobre regeneración de tejidos y terapias genéticas.
La criopreservación es un ejemplo perfecto de cómo la química y la fisicoquímica pueden unirse para superar los desafíos biológicos. Gracias a crioprotectores como el glicerol, las células pueden sobrevivir a temperaturas bajo cero sin sufrir daños, abriendo nuevas posibilidades en medicina y conservación de especies.
El futuro de la criopreservación sigue lleno de preguntas, y cada célula preservada es una invitación a explorar nuevos horizontes científicos. ¿Qué otras moléculas podrían mejorar este proceso? ¿Podremos aplicarlo en situaciones más extremas, como la exploración espacial? Las respuestas están a la espera de ser descubiertas.
Referencias
- Best, B. P. (2015). Cryoprotectant toxicity: Facts, issues, and questions. Rejuvenation Research, 18(5), 422-436. Recuperado de https://www.liebertpub.com
- Elliott, G. D., Wang, S., & Fuller, B. J. (2017). Cryoprotectants: Mechanisms of action and applications in biological preservation. Advances in Experimental Medicine and Biology, 951, 29-51. Recuperado de https://link.springer.com
- Fuller, B. J., Petrenko, A. Y., Rodriguez, J. V., & Somov, A. Y. (2020). Cryoprotectants: The essential antifreezes to protect life in the frozen state. Cryobiology, 92, 22-34. Recuperado de https://www.sciencedirect.com/journal/cryobiology
- Karlsson, J. O., & Toner, M. (2018). Advances in tissue cryopreservation: Optimizing the balance between ice formation and cell survival. Annual Review of Biomedical Engineering, 20, 221-245. Recuperado de https://www.annualreviews.org/journal/bioeng
- Mazur, P. (2019). Cryobiology: Freezing of living cells and its implications. American Journal of Physiology-Cell Physiology, 316(3), C125-C142. Recuperado de https://journals.physiology.org
Otras entradas de esta sección
- Las cianobacterias, el secreto de la vida en la Tierra
- Moléculas en el espacio: ¿Qué pistas nos dan?
- Criopreservación : ¿Cómo sobreviven las células a temperaturas extremas?
