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El milagro de la congelación biológica: ¿Por qué algunas criaturas pueden sobrevivir a -196°C?
En la comunidad científica, la tecnología de congelación siempre ha sido una dirección importante en la exploración de la continuación de la vida. La biocongelación, o criopreservación, tiene como objetivo congelar células, tejidos u órganos para prolongar su vida útil. Esta tecnología permite detener eficazmente cualquier metabolismo celular que pueda dañar los materiales biológicos a bajas temperaturas (normalmente -80°C o -196°C usando nitrógeno líquido).
Esta tecnología no solo juega un papel importante en la preservación de muestras biológicas, sino que también juega un papel muy importante en el transporte de muestras biológicas a largas distancias. Para el shock osmótico y el estrés físico que sufren las células durante la congelación, los investigadores suelen añadir algunas moléculas especiales llamadas crioprotectores (CPA) para reducir estos riesgos. Estos crioprotectores están inspirados principalmente en las criaturas de la naturaleza resistentes al frío, como los árboles, las ranas arbóreas y los tardígrados.
"Los organismos microbianos como los tardígrados resisten la congelación reemplazando la mayor parte de su agua interna con azúcar, lo que evita que se produzca la cristalización, que puede causar daños a las membranas celulares".
Ejemplos de criopreservación natural
En la naturaleza, muchos organismos tienen una sorprendente resistencia a las heladas. Las ranas de bosque, por ejemplo, pueden acumular urea en la sangre y otros tejidos en preparación para el invierno. El glucógeno en el hígado también se convierte masivamente en glucosa ante la formación de cristales de hielo internos. Todas estas sustancias actúan como crioprotectores, limitando la formación de hielo y reduciendo la contracción osmótica de las células. Las investigaciones muestran que las ranas pueden experimentar múltiples eventos de congelación y descongelación en invierno, siempre que el 65% del agua de su cuerpo no se congele.
Historia de la criopreservación
En cuanto a la teoría inicial de la criopreservación, James Lovelock propuso en 1953 que el daño a los glóbulos rojos durante la congelación se debía principalmente a la presión osmótica. Realizó una serie de experimentos y confirmó que ciertos animales (como los hámsteres) pueden soportar el 60% del agua que se congela bajo un enfriamiento lento.
Con el avance de la tecnología de congelación, la criopreservación de materiales del cuerpo humano comenzó a entrar en etapa de aplicación en 1954. Posteriormente, en 1966, se criopreservaron los primeros restos humanos. En 1967, el cuerpo de James Bedford se convirtió en el primer cuerpo de la historia criopreservado con la esperanza de una futura resurrección.
Riesgos durante la criopreservación
Durante la criopreservación, las células pueden enfrentar varios riesgos de daño, incluidos los efectos de la solución, la formación de cristales de hielo extracelulares, la deshidratación y la formación de cristales de hielo intracelulares. Aunque estos efectos pueden reducirse con crioprotectores, al congelarse, se mejora el efecto protector del material conservado contra daños mayores.
"Cuando las células se congelan, si la velocidad de enfriamiento es lo suficientemente lenta, el agua puede salir de la célula lo suficiente como para evitar la formación de cristales de hielo internos mortales."
Principales métodos de prevención de riesgos de criopreservación
Las principales técnicas para prevenir el daño por congelación incluyen velocidades de enfriamiento controladas y congelación lenta, así como una técnica más nueva llamada vitrificación. La tecnología de congelación lentamente programable se ha utilizado ampliamente en campos que incluyen humanos, animales y biología celular.
El proceso de vitrificación enfría rápidamente la muestra y evita que se formen cristales de hielo, reduciendo así posibles daños durante el proceso de congelación. Esta tecnología se ha introducido para la criopreservación reproductiva desde mediados de la década de 1980 y se ha utilizado con éxito en diversas prácticas clínicas hasta la fecha.
La importancia de la criopreservación para la biotecnología
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la aplicación de la criopreservación no se limita a la preservación de muestras biológicas, sino que también se extenderá a campos como la terapia génica y la investigación con células madre. La tecnología de criopreservación abre amplias perspectivas para futuras investigaciones biológicas y aplicaciones clínicas.
Para muchas personas o criaturas que enfrentan amenazas existenciales, el avance de esta tecnología significa que se pueden encontrar nuevas posibilidades de vida en el futuro.
