La criopreservación es un procedimiento fundamental en la reproducción asistida y la ciencia de materiales. Aunque se aplique en ámbitos distintos, como la biología embrionaria y la metalurgia, ambos procesos dependen críticamente de la tasa de enfriamiento y de los fenómenos de solidificación para mantener la integridad de la estructura resultante.
Principios de solidificación y formación de estructuras
En el campo de los materiales, la solidificación implica el paso de una fase líquida a una sólida. La velocidad de nucleación de embriones estables (Vn) juega un papel preponderante en este proceso, controlando el tamaño de grano dendrítico. La formación de la microestructura está intrínsecamente ligada al grado de subenfriamiento (DT) y a la orientación de los granos, que suelen presentar una forma alargada, normal a las isotermas de enfriamiento.
Reglas termodinámicas en la solidificación
Para analizar estos sistemas, se utilizan diagramas de equilibrio de fases. La regla de Gibbs permite calcular el número de fases que coexisten en equilibrio. Cuando se estudia la solidificación, el uso de la regla de la palanca o regla de los segmentos inversos permite determinar la proporción de cada fase presente en una aleación a una temperatura específica:
- Las fases pueden estar constituidas por compuestos químicos, aleaciones o disoluciones.
- La transformación de una fase en otra es consecuencia directa de las variaciones de temperatura (subenfriamiento).
Criopreservación y vitrificación de embriones
La vitrificación surge como un procedimiento de criopreservación donde se busca solidificar la muestra en pocos segundos sin la formación de cristales de hielo. Este proceso es altamente dependiente de la tasa de enfriamiento, el tipo de crioprotectores y el volumen de la muestra.
SCT | Criopreservación de embriones
Experimentos sobre viabilidad embrionaria
Investigaciones sobre embriones murinos han demostrado que la tasa de enfriamiento influye significativamente en la viabilidad post-vitrificación:
| Protocolo | Efecto observado |
|---|---|
| Enfriamiento rápido/muy rápido | Diferencias significativas (p<0,05) en la viabilidad. |
| Volumen de solución (1µL vs 2µL) | No se observaron efectos estadísticamente significativos. |
Los resultados indican que, al igual que en la solidificación de metales, los cambios bruscos de temperatura deterioran la estructura. La ruptura física de la zona pelúcida en embriones es causada por el estrés mecánico derivado de cambios no uniformes de volumen durante el enfriamiento rápido. Para asegurar la integridad, se requiere un descenso térmico controlado: una fase inicial en vapores de nitrógeno seguida de una inmersión directa en el material refrigerante.
Factores críticos en la optimización de protocolos
La optimización de la viabilidad, que en algunos protocolos alcanza hasta el 93,8%, depende de:
- Número de pasos de equilibración: La exposición graduada a crioprotectores como etilenglicol y glicerol.
- Tiempo de equilibración: Tiempos óptimos (como 10 minutos) mejoran la supervivencia celular al permitir un ajuste osmótico adecuado.
- Integridad morfológica: Se evalúa mediante la re-expansión del blastocele y la preservación de las blastómeras intactas.