Criobiología y criopreservación: efectos del frío, crioprotectores (DMSO) y técnicas de congelación

Criobiología

Criobiología: parte de la biología que estudia los efectos producidos por las bajas temperaturas en células, tejidos, órganos y organismos vivos.

Tiempo biológico: consecuencia del frío y de ciertas reacciones bioquímicas, ya que prolongan el tiempo al ralentizar estas reacciones.

Criopreservación

Criobiología y criopreservación: al criopreservar se pueden producir variaciones en propiedades químicas, térmicas y eléctricas, alterando así las membranas celulares, orgánulos y las interacciones célula‑célula.

Criopreservación: proceso en el cual células o tejidos son congelados a bajas temperaturas (−80 °C y −196 °C) con el objetivo de disminuir las funciones vitales de células y organismos para mantenerlos en condiciones de vida suspendida. A estas temperaturas, muchas actividades biológicas quedan en suspensión, incluidas las que producirían la muerte celular. Este método busca alcanzar bajas temperaturas sin causar daños adicionales producidos por la formación de hielo.

Agentes crioprotectores

Agentes crioprotectores — Definición: crioprotectores son sustancias hidrosolubles que modifican las propiedades fisicoquímicas de las soluciones acuosas presentes en la materia viva.

Funciones principales

• Deshidratación celular rápida.
• Amortiguar el efecto del aumento de la concentración de solutos en el interior de la célula u organismo a criopreservar.

Mecanismos de acción

1. El agua fluye a través de la membrana semipermeable hacia el exterior celular (aumenta la concentración de sales en el interior).
2. Al aumentar la concentración de solutos intracelulares, la temperatura a la que se formará el hielo desciende (es más difícil que el agua dentro de la célula se congele y dañe estructuras).

Nota: las altas concentraciones de crioprotectores pueden ser tóxicas.

Condiciones particulares

Los crioprotectores se catalogan en base a diversos criterios: grado de protección frente a la cristalización del agua, toxicidad química sobre las células y velocidad para penetrar tejidos.

Tipos de crioprotectores

Vista bioquímica: alcoholes (metanol, etanol, propanol…), azúcares (glucosa, lactosa, sacarosa…), DMSO.

Permeabilidad celular

Según su permeabilidad, los crioprotectores se clasifican en:

• No penetrantes: sustancias de mayor peso molecular que no penetran la membrana celular pero protegen deshidratando el exterior y aumentando la osmolaridad del medio, lo que reduce la formación de cristales intracelulares. Ejemplos: sacarosa, glucosa (en algunos usos), PVP.
• Penetrantes: sustancias de bajo peso molecular que penetran en el interior de la célula y actúan sustituyendo parte del agua intracelular, amortiguando la concentración de solutos en el medio y evitando la formación de cristales en el interior. Ejemplos: DMSO, glicerol, etilenglicol.

DMSO

DMSO: solvente bipolar aprótico, hidrosoluble y de bajo peso molecular. Su acción crioprotectora se atribuye principalmente a su habilidad para prevenir la acumulación excesiva de electrolitos y otras sustancias durante el proceso de congelamiento, y a limitar la formación de cristales de hielo que rompen la estructura de la membrana. Su bajo peso molecular permite la entrada rápida a través de la membrana celular.

Condiciones particulares de la congelación

Las concentraciones de crioprotector a temperatura ambiente suelen ser tóxicas para el tejido; por ello, durante la congelación se deben respetar tiempos de exposición del material a 4 °C, para que el producto penetre sin alcanzar niveles tóxicos.

Cuándo y a qué concentración congelar

Para asegurar la viabilidad celular, se debe congelar en el momento de crecimiento logarítmico o exponencial de las células.

Cómo congelar

Parámetros clave:

• Medio de congelación: medio completo (DMEM con 10 % FBS) o FBS con 10 % de crioprotector.
• Tiempo: es importante que el proceso de congelación comience inmediatamente después de la adición del medio crioprotector.
• Velocidad de congelación: debe ser lenta y progresiva para evitar la formación de cristales de hielo.

Nota final: respetar condiciones de concentración, tiempos y velocidades es esencial para minimizar daños y mantener la viabilidad celular tras descongelación.