Un crioprotector es una sustancia que se utiliza para proteger el tejido biológico de los daños causados por la congelación (es decir, los que se producen por la formación de hielo ). Los insectos , peces y anfibios del Ártico y la Antártida crean crioprotectores ( compuestos anticongelantes y proteínas anticongelantes ) en sus cuerpos para minimizar los daños causados por la congelación durante los períodos fríos del invierno. Los crioprotectores también se utilizan para preservar materiales vivos en el estudio de la biología y para conservar productos alimenticios.
Durante años, el glicerol se ha utilizado en criobiología como crioprotector de células sanguíneas y esperma de toro, lo que permite el almacenamiento en nitrógeno líquido a temperaturas de alrededor de -196 °C. Sin embargo, el glicerol no se puede utilizar para proteger órganos enteros de daños. En cambio, muchas empresas de biotecnología están investigando el desarrollo de otros crioprotectores más adecuados para tales usos. Un descubrimiento exitoso podría eventualmente hacer posible el almacenamiento criogénico en masa (o "banco") de órganos humanos y xenobióticos trasplantables . Ya se ha dado un paso importante en esa dirección. Twenty-First Century Medicine ha vitrificado un riñón de conejo a -135 °C con su cóctel de vitrificación patentado. Tras recalentarlo, el riñón se trasplantó con éxito a un conejo, con funcionalidad y viabilidad completas, capaz de sostener al conejo indefinidamente como el único riñón funcional. [1]
Los crioprotectores actúan aumentando la concentración de solutos en las células. Sin embargo, para ser biológicamente viables, deben penetrar fácilmente y no ser tóxicos para las células.
Algunos crioprotectores funcionan reduciendo la temperatura de transición vítrea de una solución o de un material. De esta manera, el crioprotector evita la congelación real y la solución mantiene cierta flexibilidad en una fase vítrea. Muchos crioprotectores también funcionan formando enlaces de hidrógeno con moléculas biológicas a medida que se desplazan las moléculas de agua. Los enlaces de hidrógeno en soluciones acuosas son importantes para el funcionamiento adecuado de las proteínas y el ADN. Por lo tanto, a medida que el crioprotector reemplaza las moléculas de agua, el material biológico conserva su estructura y función fisiológicas nativas, aunque ya no esté inmerso en un entorno acuoso. Esta estrategia de conservación se utiliza con mayor frecuencia en la anhidrobiosis .
Las mezclas de crioprotectores tienen menos toxicidad y son más efectivas que los crioprotectores de un solo agente. [2] Una mezcla de formamida con DMSO ( dimetilsulfóxido ), propilenglicol y un coloide fue durante muchos años el más eficaz de todos los crioprotectores creados artificialmente. Las mezclas de crioprotectores se han utilizado para la vitrificación (es decir, la solidificación sin formación de cristales de hielo). La vitrificación tiene aplicaciones importantes en la preservación de embriones, tejidos biológicos y órganos para trasplantes . La vitrificación también se utiliza en criónica , en un esfuerzo por eliminar el daño por congelación.
Los crioprotectores convencionales son glicoles ( alcoholes que contienen al menos dos grupos hidroxilo ), como el etilenglicol [ cita requerida ] , el propilenglicol y el glicerol . El etilenglicol se usa comúnmente como anticongelante para automóviles ; mientras que el propilenglicol se ha utilizado para reducir la formación de hielo en el helado . El dimetilsulfóxido (DMSO) también se considera un crioprotector convencional. Los criobiólogos han utilizado glicerol y DMSO durante décadas para reducir la formación de hielo en los espermatozoides , [3] ovocitos , [4] y embriones que se conservan en frío en nitrógeno líquido . La crioconservación de recursos genéticos animales es una práctica que implica crioprotectores convencionales para almacenar material genético con la intención de revivirlo en el futuro. La trehalosa es un azúcar no reductor producido por levaduras e insectos en grandes cantidades. Su uso como crioprotector en sistemas comerciales ha sido ampliamente patentado.
Los peces del Ártico utilizan proteínas anticongelantes , a veces añadidas con azúcares, como crioprotectores.
Los insectos suelen utilizar azúcares o polioles como crioprotectores. Una especie que utiliza crioprotectores es Polistes exclamans (una avispa). En esta especie, los diferentes niveles de crioprotectores se pueden utilizar para distinguir entre morfologías. [5]
Las ranas árticas adaptadas al frío , como las ranas de bosque , y algunos otros ectotérmicos en regiones polares y subpolares producen naturalmente glucosa , [6] pero las ranas arbóreas pardas del sur y las salamandras árticas crean glicerol en sus hígados para reducir la formación de hielo.
Cuando las ranas árticas utilizan la glucosa como crioprotector, liberan cantidades masivas de glucosa a baja temperatura y una forma especial de insulina permite que esta glucosa adicional entre en las células. Cuando la rana se calienta durante la primavera , la glucosa adicional debe eliminarse rápidamente, pero se almacena.
Los crioprotectores también se utilizan para conservar los alimentos. Estos compuestos suelen ser azúcares que son económicos y no plantean ningún problema de toxicidad. Por ejemplo, muchos productos de pollo congelado (crudo) contienen una solución de sacarosa y fosfatos de sodio en agua.
7. Urmatskikh AV "Método de criopreservación de células, órganos, tejidos y organismos". RU 2804972 C2, 04.05.2022.