En esencia, mantener temperaturas ultrabajas para las muestras biológicas es el único método fiable para detener el tiempo biológico. Este proceso, conocido como criopreservación, detiene eficazmente la actividad molecular y enzimática que causa la degradación, preservando la integridad, función y viabilidad de los especímenes para futuras investigaciones, diagnósticos y uso terapéutico.
El desafío fundamental en la preservación de material biológico es que la vida es un proceso de cambio y descomposición constantes. Las temperaturas ultrabajas no se tratan solo de enfriar las cosas; se trata de detener virtualmente todos los procesos biológicos, evitando que ocurra cualquier cambio adicional.
La ciencia de la detención biológica
Para comprender la importancia del frío extremo, primero debemos entender los mecanismos que destruyen las muestras biológicas a nivel microscópico, incluso cuando están congeladas.
Detención de la actividad enzimática y metabólica
Toda la descomposición biológica es impulsada por enzimas y reacciones metabólicas. Si bien la congelación estándar ralentiza estos procesos, no los detiene por completo.
A temperaturas alrededor de -20°C o incluso -80°C, el movimiento molecular residual permite que continúe cierta actividad enzimática durante largos períodos, degradando lentamente proteínas, ácidos nucleicos y estructuras celulares.
Solo al alcanzar temperaturas ultrabajas, típicamente por debajo de -130°C, el movimiento molecular se reduce a un punto en el que estos procesos destructivos cesan eficazmente.
Prevención del daño por cristales de hielo
Cuando el agua se congela lentamente, forma grandes y afilados cristales de hielo. Estos cristales actúan como dagas microscópicas, perforando y destrozando físicamente las membranas celulares y los orgánulos.
Este daño físico es irreversible y es una de las principales razones por las que las células congeladas incorrectamente ya no son viables al descongelarse.
La criopreservación tiene como objetivo enfriar las muestras tan rápidamente que las moléculas de agua no tengan tiempo de organizarse en grandes cristales. En cambio, quedan bloqueadas en un estado desordenado, similar al vidrio, conocido como vitrificación, que preserva la estructura celular.
La temperatura de transición vítrea
El umbral crítico para la preservación a largo plazo es la temperatura de transición vítrea del agua, que es aproximadamente -132°C.
Por debajo de esta temperatura, el agua se comporta como un vidrio sólido y la difusión molecular es prácticamente nula. Esto asegura que, incluso durante décadas, no haya riesgo de crecimiento de cristales de hielo (un proceso llamado recristalización) o de degradación bioquímica.
Por eso, el almacenamiento en nitrógeno líquido, que mantiene una temperatura estable de -196°C, es el estándar de oro para preservar células valiosas e irremplazables.
Las consecuencias de la inestabilidad de la temperatura
Incluso desviaciones menores de la temperatura ultrabaja objetivo pueden tener consecuencias catastróficas para la integridad de la muestra.
El peligro de los ciclos de descongelación-recongelación
Cada vez que la temperatura de una muestra aumenta, incluso ligeramente, la actividad molecular puede reanudarse. Si la temperatura supera el punto de transición vítrea, los pequeños cristales de hielo pueden comenzar a fusionarse y crecer hasta convertirse en otros más grandes y dañinos.
Esto significa que las fluctuaciones de temperatura repetidas y menores, como las que se producen al abrir la puerta de un congelador, pueden destruir gradualmente una muestra con el tiempo.
Pérdida de viabilidad de la muestra
Para aplicaciones que requieren células vivas, como la fertilización in vitro (FIV), la terapia con células madre o la investigación basada en células, la viabilidad es primordial.
La congelación inadecuada o la inestabilidad de la temperatura conducen directamente a la muerte celular. Esto hace que las muestras sean inútiles para su propósito terapéutico o experimental previsto, lo que representa una pérdida significativa de tiempo, recursos y oportunidades clínicas.
Datos y diagnósticos comprometidos
En la investigación y el diagnóstico, el objetivo es analizar una muestra tal como estaba en el momento de la recolección.
Si una muestra se degrada durante el almacenamiento, las proteínas, el ARN o los metabolitos que se miden pueden cambiar o desaparecer. Esto conduce a datos inexactos, resultados diagnósticos poco fiables y experimentos no reproducibles.
Adaptar el almacenamiento a su objetivo
Elegir la temperatura de almacenamiento correcta es una decisión crítica que depende completamente de la naturaleza de su muestra y de sus objetivos a largo plazo.
- Si su enfoque principal es el almacenamiento a corto plazo de moléculas robustas como ADN o ciertas proteínas: El almacenamiento a -80°C puede ser suficiente, ya que estas moléculas son menos susceptibles al daño estructural.
- Si su enfoque principal es la viabilidad a largo plazo de células vivas (por ejemplo, células madre, gametos o líneas celulares): La criopreservación en nitrógeno líquido (-196°C) es el único método aceptable para prevenir el daño por cristales de hielo y garantizar la funcionalidad al descongelar.
- Si su enfoque principal es preservar el estado preciso de biomarcadores sensibles para el análisis: Las temperaturas ultrabajas son esenciales para crear una línea de base estable e inmutable y asegurar que sus resultados reflejen el verdadero estado biológico en el momento de la recolección.
En última instancia, el control preciso de la temperatura es la base sobre la que se construye la ciencia y la medicina biológicas fiables.
Tabla resumen:
| Temperatura | Impacto principal | Adecuado para |
|---|---|---|
| -20°C | Ralentiza la degradación | Almacenamiento a corto plazo de reactivos estables |
| -80°C | Ralentiza la mayoría de la actividad enzimática | Almacenamiento a corto plazo de ADN, proteínas |
| Por debajo de -130°C | Detiene todo movimiento molecular y descomposición | Preservación a largo plazo de células vivas, biomarcadores sensibles |
| -196°C (N₂ líquido) | Estándar de oro para la estasis completa | Células irremplazables, gametos, células madre, biobancos a largo plazo |
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