Hispanopedia WikiUn crioprotector es una sustancia que se utiliza para proteger los tejidos biológicos del daño causado por la congelación (es decir, la formación de hielo ). Los insectos , peces y anfibios del Ártico y la Antártida producen crioprotectores ( compuestos y proteínas anticongelantes ) en sus cuerpos para minimizar el daño por congelación durante los inviernos fríos. Los crioprotectores también se utilizan para preservar materiales vivos en el estudio de la biología y para conservar alimentos.
Durante años, el glicerol se ha utilizado en criobiología como crioprotector para células sanguíneas y esperma de toro, permitiendo su almacenamiento en nitrógeno líquido a temperaturas cercanas a los -196 °C. Sin embargo, el glicerol no puede utilizarse para proteger órganos completos de daños. Por ello, numerosas empresas de biotecnología investigan el desarrollo de otros crioprotectores más adecuados para estos usos. Un descubrimiento exitoso podría, en última instancia, posibilitar el almacenamiento criogénico masivo (o "banco") de órganos humanos y xenobióticos trasplantables . Ya se ha dado un paso importante en esa dirección. Twenty-First Century Medicine vitrificó un riñón de conejo a -135 °C con su cóctel de vitrificación patentado. Tras su recalentamiento, el riñón se trasplantó con éxito a un conejo, con plena funcionalidad y viabilidad, capaz de mantener al conejo indefinidamente como su único riñón funcional. [ 1 ]
Mecanismo
Los crioprotectores actúan aumentando la concentración de solutos en las células. Sin embargo, para que sean biológicamente viables, deben penetrar fácilmente y no ser tóxicos para las células.
Temperatura de transición vítrea
Algunos crioprotectores funcionan reduciendo la temperatura de transición vítrea de una solución o de un material. De esta forma, 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 al desplazar las moléculas de agua. Los enlaces de hidrógeno en soluciones acuosas son importantes para el correcto funcionamiento de las proteínas y el ADN. Así, 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 preservación se utiliza con mayor frecuencia en la anhidrobiosis .
Toxicidad
Las mezclas de crioprotectores tienen menor toxicidad y son más eficaces que los crioprotectores de un solo agente. [ 2 ] Una mezcla de formamida con DMSO ( dimetilsulfóxido ), propilenglicol y un coloide fue durante muchos años el crioprotector artificial más eficaz. Las mezclas de crioprotectores se han utilizado para la vitrificación (es decir, solidificación sin formación de hielo cristalino). La vitrificación tiene importantes aplicaciones en la preservación de embriones, tejidos biológicos y órganos para trasplante . La vitrificación también se utiliza en criónica , con el fin de eliminar el daño por congelación.
Convencional
Los crioprotectores convencionales son glicoles ( alcoholes que contienen al menos dos grupos hidroxilo ), como el etilenglicol , el propilenglicol y el glicerol . El etilenglicol se usa comúnmente como anticongelante para automóviles ; mientras que el propilenglicol se ha usado para reducir la formación de hielo en helados . El dimetilsulfóxido (DMSO) también se considera un crioprotector convencional. El glicerol y el DMSO han sido utilizados durante décadas por criobiólogos para reducir la formación de hielo en 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.
Ejemplos en la naturaleza
Los peces del Ártico utilizan proteínas anticongelantes , a veces con azúcares añadidos, como crioprotectores.
Insectos
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 pueden utilizarse para distinguir entre morfologías. [ 5 ]
Anfibios
Las ranas árticas adaptadas al frío , como las ranas de bosque , y algunos otros ectotermos en las regiones polares y subpolares producen glucosa de forma natural , [ 6 ] pero las ranas arborícolas marrones 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 grandes cantidades a bajas temperaturas, y una forma especial de insulina permite que esta glucosa adicional entre en las células. Al recuperar su temperatura corporal en primavera , la glucosa sobrante debe eliminarse rápidamente, pero se almacena.
Conservación de alimentos
Los crioprotectores también se utilizan para conservar alimentos. Estos compuestos suelen ser azúcares económicos que no presentan problemas de toxicidad. Por ejemplo, muchos productos de pollo congelado (crudo) contienen una solución acuosa de sacarosa y fosfatos de sodio .
Común
Véase también
Referencias
- ↑ Fahy GM; Wowk B; Pagotan R; Chang A; et al. (2009). "Aspectos físicos y biológicos de la vitrificación renal" . Organogenesis . 5 (3): 167– 175. doi : 10.4161/org.5.3.9974 . PMC 2781097. PMID 20046680 .
- ↑ Best, BP (2015). " Toxicidad de los crioprotectores: hechos, problemas y preguntas" . Rejuvenation Research . 18 (5): 422– 436. doi : 10.1089/rej.2014.1656 . PMC 4620521. PMID 25826677 .
- ↑ Imrat, P.; Suthanmapinanth, P.; Saikhun, K.; Mahasawangkul, S.; Sostaric, E.; Sombutputorn, P.; Jansittiwate, S.; Thongtip, N.; et al. (febrero de 2013). "Efecto de la calidad del semen antes de la congelación, el extensor y el crioprotector en la calidad posterior a la descongelación del semen de elefante asiático (Elephas maximus indicus)" (PDF) . Cryobiology . 66 (1): 52– 59. doi : 10.1016/j.cryobiol.2012.11.003 . hdl : 2263/42468 . PMID 23168056 .
- ↑ Karlsson, Jens OM; Szurek, Edyta A.; Higgins, Adam Z.; Lee, Sang R.; Eroglu, Ali (febrero de 2014). " Optimización de la carga de crioprotectores en ovocitos murinos y humanos" . Cryobiology . 68 (1): 18– 28. doi : 10.1016/j.cryobiol.2013.11.002 . PMC 4036103. PMID 24246951 .
- ↑ JE Strassmann; RE Lee Jr.; RR Rojas y JG Baust (1984). "Diferencias de casta y sexo en la resistencia al frío en las avispas sociales, Polistes annularis y P. exclamans". Insectos sociales . 31 (3): 291– 301. doi : 10.1007/BF02223613 . S2CID 39394207 .
- ↑ Larson, DJ; Middle, L.; Vu, H.; Zhang, W.; Serianni, AS; Duman, J.; Barnes, BM (15 de abril de 2014). "Adaptaciones de la rana de bosque para pasar el invierno en Alaska: nuevos límites a la tolerancia a la congelación" . Journal of Experimental Biology . 217 (12): 2193– 2200. doi : 10.1242/jeb.101931 . PMID 24737762 .
7. Urmatskikh AV "Método de criopreservación de células, órganos, tejidos y organismos." RU 2804972 C2, 04.05.2022.
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