Criopreservación
Criopreservación, la preservación de células y tejidos por congelación.
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La criopreservación se basa en la capacidad de ciertas moléculas pequeñas para ingresar a las células y prevenir la deshidratación y la formación de cristales de hielo intracelulares, que pueden causar la muerte celular y la destrucción de los orgánulos celulares durante el proceso de congelación. Dos agentes crioprotectores comunes son el sulfóxido de dimetilo (DMSO) y el glicerol. El glicerol se usa principalmente para la crioprotección de glóbulos rojos, y el DMSO se usa para proteger la mayoría de las otras células y tejidos. Un azúcar llamado trehalosa, que se encuentra en organismos capaces de sobrevivir a la deshidratación extrema, se usa para métodos de congelación y secado de criopreservación. La trehalosa estabiliza las membranas celulares, y es particularmente útil para la preservación de espermatozoides, células madre y células sanguíneas.
La mayoría de los sistemas de criopreservación celular utilizan un congelador de velocidad controlada. Este sistema de congelación entrega nitrógeno líquido en una cámara cerrada en la que se coloca la suspensión celular. El control cuidadoso de la velocidad de congelación ayuda a prevenir la deshidratación celular rápida y la formación de cristales de hielo. En general, las celdas se toman de temperatura ambiente a aproximadamente -90 ° C (-130 °F) en un congelador de velocidad controlada. La suspensión de células congeladas se transfiere a un congelador de nitrógeno líquido mantenido a temperaturas extremadamente frías con nitrógeno en la fase de vapor o en la fase líquida. La criopreservación basada en liofilización no requiere el uso de congeladores de nitrógeno líquido.
Una aplicación importante de la criopreservación es la congelación y el almacenamiento de células madre hematopoyéticas, que se encuentran en la médula ósea y la sangre periférica. En el rescate autólogo de médula ósea, se recogen células madre hematopoyéticas de la médula ósea del paciente antes del tratamiento con quimioterapia de dosis altas. Después del tratamiento, las células criopreservadas del paciente se descongelan y se infunden de nuevo en el cuerpo. Este procedimiento es necesario, ya que la quimioterapia de dosis altas es extremadamente tóxica para la médula ósea. La capacidad de criopreservar células madre hematopoyéticas ha mejorado en gran medida el resultado para el tratamiento de ciertos linfomas y tumores malignos sólidos. En el caso de los pacientes con leucemia, sus células sanguíneas son cancerosas y no se pueden usar para el rescate autólogo de médula ósea. Como resultado, estos pacientes dependen de sangre criopreservada recogida de los cordones umbilicales de los recién nacidos o de células madre hematopoyéticas criopreservadas obtenidas de donantes. Desde finales de la década de 1990 se ha reconocido que las células madre hematopoyéticas y las células madre mesenquimales (derivadas del tejido conjuntivo embrionario) son capaces de diferenciarse en tejidos musculares esqueléticos y cardíacos, tejido nervioso y hueso. Hoy en día existe un gran interés en el crecimiento de estas células en los sistemas de cultivo de tejidos, así como en la criopreservación de estas células para futuras terapias para una amplia variedad de trastornos, incluidos trastornos del sistema nervioso y muscular y enfermedades del hígado y el corazón.
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La criopreservación también se utiliza para congelar y almacenar embriones humanos y esperma. Es especialmente valioso para la congelación de embriones adicionales que se generan por fertilización in vitro (FIV). Una pareja puede optar por utilizar embriones ciropreservados para embarazos posteriores o en el caso de que la fecundación in vitro fracase con embriones frescos. En el proceso de transferencia de embriones congelados, los embriones se descongelan e implantan en el útero de la mujer. La transferencia de embriones congelados está asociada con un aumento pequeño pero significativo del riesgo de cáncer infantil entre los niños nacidos de dichos embriones.
La hipotermia profunda, una forma de criopreservación leve utilizada en pacientes humanos, tiene aplicaciones significativas. Un uso común de la inducción de hipotermia profunda es para procedimientos quirúrgicos cardiovasculares complejos. Una vez que el paciente ha sido colocado en un bypass cardiopulmonar completo, utilizando una máquina corazón-pulmón, la sangre pasa a través de una cámara de enfriamiento. El enfriamiento controlado del paciente puede alcanzar temperaturas extremadamente bajas de alrededor de 10-14 °C (50-57 °F). Esta cantidad de enfriamiento detiene de manera efectiva toda la actividad cerebral y proporciona protección para todos los órganos vitales. Cuando se ha logrado este enfriamiento extremo, se puede detener la máquina corazón-pulmón y el cirujano puede corregir defectos aórticos y cardíacos muy complejos durante el paro circulatorio. Durante este tiempo, no circula sangre dentro del paciente. Una vez finalizada la cirugía, la sangre se calienta gradualmente en el mismo intercambiador de calor utilizado para el enfriamiento. El calentamiento gradual a temperaturas corporales normales resulta en la reanudación de las funciones normales del cerebro y los órganos. Sin embargo, esta hipotermia profunda está lejos de la congelación y la criopreservación a largo plazo.
Las células pueden vivir más de una década si se congelan adecuadamente. Además, ciertos tejidos, como las glándulas paratiroides, las venas, las válvulas cardíacas y el tejido aórtico, se pueden criopreservar con éxito. La congelación también se utiliza para almacenar y mantener la viabilidad a largo plazo de embriones, óvulos y espermatozoides humanos tempranos. Los procedimientos de congelación utilizados para estos tejidos están bien establecidos y, en presencia de agentes crioprotectores, los tejidos pueden almacenarse durante largos períodos de tiempo a temperaturas de -14 °C (6,8 °F).
La investigación ha demostrado que los animales enteros congelados en ausencia de agentes crioprotectores pueden producir células viables que contienen ADN intacto al descongelarse. Por ejemplo, núcleos de células cerebrales de ratones enteros almacenados a -20 °C (-4 °F) durante más de 15 años se han utilizado para generar líneas de células madre embrionarias. Estas células se utilizaron posteriormente para producir clones de ratón.