La criopreservación: una aliada para la sostenibilidad de recursos biológicos y la conservación de especies

Pablo Heres

La acuicultura, agricultura y ciencias biológicas y biotecnológicas requieren de un método para conservar material biológico para su desarrollo y crecimiento, tanto a nivel industrial como científico o experimental. La preocupación por almacenar dicho material biológico ha ido aumentando en los últimos años. En este sentido se investigan métodos de almacenaje que sustituyan al mantenimiento actual de células, tejidos, órganos u organismos en condiciones óptimas, hecho que supone pérdidas económicas importantes para muchas empresas. La criopreservación nace tras esta inquietud, como una de las técnicas más aceptadas actualmente y con más proyección en el futuro para el mantenimiento a largo plazo de material biológico a temperaturas muy bajas, brindando la posibilidad de descongelarlo, y lograr que sobreviva a los procesos de congelación y descongelación.

Pero, ¿cómo conseguir congelar animales y “revivirlos”?

Esto se consigue utilizando unas sustancias químicas (Fig. 1) que son capaces de proteger a las células durante todo el proceso, denominadas crioprotectores. En definitiva, estos compuestos impiden la formación de cristales de hielo en el interior de las células, lo cual podría ser letal.

Figura 1. Dos de los compuestos más utilizados en criopreservación: etilen-glicol y dimetil-sulfóxido. © Pablo Heres.

 

La complejidad de desarrollar un protocolo que sirva para criopreservar un tipo de células de una determinada especie viene marcada por una serie de etapas, con las que se pretenden establecer las condiciones óptimas para su preservación a temperaturas muy bajas. La primera de ellas consiste en la selección del crioprotector que más efecto protector tenga, pues no todos los químicos establecidos como tales poseen el mismo efecto en todas las células, sino que su efecto protector contra la congelación varía en función del tipo celular, e incluso, entre especies. Estas diferencias en su función se deben a que el crioprotector debe atravesar la membrana celular para realizar su función de crioprotección. Como las membranas celulares son diferentes según la función de la célula y organismo que componen, el agente crioprotector le cuesta más o menos atravesar esta membrana. Por otra parte, no solo se debe elegir la mejor sustancia química que protege a un determinado organismo o célula, sino también su concentración, pues si es muy elevada puede resultar letal. Por lo tanto, inicialmente, se evalúa su toxicidad (Fig. 2) determinando el efecto de concentraciones diferentes sobre la supervivencia de células u organismos tras someterlos a experimentos de congelación. Finalmente, aquel crioprotector que ofrece una mayor supervivencia y un menor efecto tóxico es seleccionado.

 

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Figura 2. Bioensayo de toxicidad para esperma de holoturia. © Pablo Heres

 

Hay más variables implicadas en la criopreservación. En este sentido, se han de mencionar las tasas de congelación y de calentamiento, es decir: la velocidad a la que se congelan las muestras hasta alcanzar la temperatura más fría (en nuestros experimentos, se llega a los -80°C) y su posterior descongelación hasta la temperatura deseada (en organismos marinos, la temperatura del agua del mar, entre los 18 y 20°C).

El instrumental necesario en criopreservación

La criopreservación requiere también de un equipo específico (Fig. 3), además de los agentes crioprotectores que consiste en:

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Figura 3. Equipo de criopreservación. © Pablo Heres.

 

  • Cámara de criopreservación (Fig.4): en ella es donde se depositan los organismos o células a crioconservar. Se sumerge en nitrógeno líquido en el momento en el que comienza el experimento de criopreservación.
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Figura 4. Cámara de criopreservación sumergida en Nitrógeno líquido. © Pablo Heres.

 

  • Software (Fig. 5) desde el que se controla en todo momento el proceso de congelación: gracias a este programa informático se puede seleccionar la tasa de congelación y la temperatura a la que se desea congelar. Además, está provisto de sensores que avisan de algún problema o contratiempo que pueda suceder durante el procedimiento y que se pueda resolver a tiempo.
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Figura 5. Software cryogenesis, empleado en experimentos de criopreservación. © Pablo Heres.

 

  • Congelador: que mantenga constante una temperatura muy baja. ¿Cuál es la temperatura idónea para mantener a las células durante el tiempo necesario y de manera que permanezcan intactas? A nada menos que a -196°C, el metabolismo celular se paraliza y no se produce ninguna reacción química. Es decir, todo en el interior de las células permanece paralizado y, por tanto, no hay alteraciones de ningún tipo. El resultado es un estado estable que permite el almacenamiento de las muestras intactas y a largo plazo. Muchos investigadores han afirmado que se puede conservar material biológico a esa temperatura durante miles de años. Pasado ese tiempo, se producen daños en el tejido de los organismos a causa de la radioactividad.

 

Aplicaciones

Las aplicaciones de esta técnica de conservación de organismos podría tener límites insospechados, sobre todo en el futuro, ya que podría permitir el desarrollo del sector de la alimentación y garantizar una nutrición adecuada para la población humana, cuyo crecimiento continúa, esperándose que en 2050 se alcancen los 9,9 billones de personas.

En estos términos, podría suponer una revolución en el campo de la acuicultura, pues supondría la resolución de muchos de los problemas a los que esta industria se enfrenta actualmente. Por ejemplo, se podrían obtener individuos de una especie determinada en cualquier época del año. Esto sería muy interesante sobre todo ante especies que tienen un ciclo reproductor estacional. La criopreservación de individuos adultos o incluso gametos o embriones permitiría la obtención de ejemplares en cualquier momento, según la necesidad o demanda. Por tanto, esto podría ser muy útil en el comercio de especies de moluscos, como el mejillón o la almeja, incluso podría solventar la imposibilidad de obtener el producto debido a la aparición de mareas rojas o por escasez en el medio natural. En definitiva, se conseguiría una fuente sostenible de recursos biológicos.

Además, se podrían seleccionar individuos que soporten mejor las condiciones del cultivo intensivo o que posean unas condiciones determinadas que sean de interés, bien para aplicaciones en el sector de la investigación biotecnológica o molecular, permitiendo la posibilidad de obtener descendientes a lo largo de un periodo de tiempo muy largo por medio de su criopreservación, alargando, por medio de esta, su periodo de vida.

Teniendo en cuenta un punto de vista ecológico y conservacionista, la criopreservación podría jugar un papel fundamental en la conservación de especies amenazadas, contribuyendo a evitar su extinción.

La criopreservación en la Estación de Ciencias Mariñas de Toralla (ECIMAT)  

El equipo de criopreservación cuyo responsable es Estefanía Paredes lleva a cabo la investigación de protocolos de criopreservación bajo el amparo del proyecto europeo ASEMBLE plus, centrándose en la conservación de especies comerciales y de interés en la acuicultura de invertebrados marinos de la zona de Galicia, sobre todo, equinodermos y moluscos. Esta industria ofrece una gran cantidad de puestos de trabajo y tiene un peso importante en la economía de esta comunidad autónoma. Uno de los objetivos que pretenden alcanzar los científicos de esta institución consiste en la implantación de tales técnicas en este sector para promover su desarrollo y aumentar su capacidad competitiva.

Actualmente, los estudios de criopreservación en especies marinas es escaso. Algunos investigadores se han centrado en determinar la manera óptima de crioconservar ciertas especies de peces y/o invertebrados marinos por su interés económico e importancia en el consumo humano. Si se profundiza en la bibliografía, predominan las investigaciones con estadios larvarios de Crassosstrea gigas. Así que muchas de las especies con las que se investiga en ECIMAT, no se han empleado nunca en experimentos de criopreservación, como el mejillón Mytilus galloprovincialis o la almeja Venerupis corrugata.

 

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