La vitrificación no fue un único invento. Surgió a medida que los investigadores resolvían una sucesión de problemas distintos en células, embriones, órganos y, con el tiempo, en la biostasis humana.
El objetivo suena sencillo: enfriar tejido rico en agua hasta convertirlo en un vidrio sin que se forme hielo dañino.
La ejecución no lo es. Los agentes crioprotectores pueden ser tóxicos. Cargarlos en las células puede deformarlas. Los objetos grandes se enfrían de forma desigual, acumulan tensión mecánica y son mucho más difíciles de recalentar.
Por eso los procedimientos actuales son sistemas, no recetas. Su calidad depende de que la química, la perfusión, la temperatura, los tiempos, la geometría y la medición funcionen de manera conjunta.
Antes de la vitrificación: el frío causaba una segunda lesión
La criopreservación temprana consistía sobre todo en congelar. El enfriamiento ralentizaba la química celular, pero el agua cristalizaba en hielo.
El hielo expulsa las sales y otros solutos hacia el líquido restante. Las células pueden sufrir así, de forma simultánea, desplazamiento mecánico, concentraciones extremas de solutos, deshidratación y daño de membrana.
Enfriar más rápido reduce el tamaño de los cristales, pero el agua corriente necesita velocidades extraordinarias para vitrificar sin ayuda química, algo que solo funciona en muestras extremadamente finas.
El problema histórico no era solo alcanzar una temperatura baja, sino alcanzarla sin dejar que el agua se reorganizara en cristales dañinos.
1937 a 1938: los primeros experimentos de vitrificación cinética
Basile Luyet propuso la vitrificación como estrategia de preservación biológica en 1937.
En 1938, Luyet y Eugene Hodapp comunicaron la recuperación de la motilidad en espermatozoides de rana expuestos a aire líquido tras deshidratarlos con sacarosa concentrada.
El experimento original dependía de películas microscópicas y de una velocidad de enfriamiento extrema. Demostró una posibilidad física, no un protocolo escalable a órganos.
Este enfoque se conoce hoy como vitrificación cinética: adelantarse a la cristalización retirando calor más rápido de lo que el hielo puede nuclear y crecer.
La escala lo derrota. La superficie crece más despacio que el volumen, así que el centro de una muestra grande no puede seguir el ritmo de la superficie con suficiente rapidez.
1949: el glicerol cambia el problema
Christopher Polge, Audrey Smith y Alan Parkes descubrieron en 1949 que el glicerol podía proteger a los espermatozoides durante la preservación a baja temperatura.
Su artículo en Nature estableció la importancia práctica de los agentes crioprotectores penetrantes.
Estas moléculas entran en las células, se unen al agua y reducen la cantidad de hielo que se forma a una temperatura dada. También reducen la concentración dañina de solutos durante la congelación.
El descubrimiento transformó la criobiología porque la velocidad de enfriamiento dejó de ser la única variable de control: la composición química podía modificar el comportamiento de fase del agua.
También introdujo un nuevo problema de optimización. Cuanto más crioprotector, mejor se suprime el hielo, pero también aumenta el daño químico y osmótico.
1959 a 1968: más agentes y carga por etapas
En 1959, James Lovelock y Marcus Bishop comunicaron que el dimetilsulfóxido protegía a varios tipos celulares del daño por congelación.
El DMSO atravesaba algunas membranas con más facilidad que el glicerol. Amplió el abanico de células que podían crioprotegerse y sigue siendo de uso habitual en criopreservación clínica y de laboratorio.
John Farrant exploró después aumentar la concentración de crioprotector a la vez que se bajaba la temperatura, manteniendo el tejido en un líquido concentrado sin formar hielo de forma deliberada.
Esto anticipaba un rasgo central de los protocolos actuales: cargar el crioprotector por etapas, a baja temperatura, en vez de exponer el tejido, aún caliente, a la concentración total de golpe.
La carga por etapas limita el choque osmótico. Una temperatura más baja reduce muchas velocidades de reacción química y hace más tolerable una exposición que de otro modo sería dañina.
En 1968, varios experimentos mostraron que los glóbulos rojos podían alcanzar la temperatura del nitrógeno líquido sin hielo visible con una concentración de glicerol suficientemente alta.
Las piezas conceptuales ya existían. Lo que faltaba era una manera práctica de aplicarlas a tejido complejo y vascularizado.
1984: la vitrificación se convierte en estrategia para órganos
El artículo de 1984 «Vitrification as an Approach to Cryopreservation» replanteó la vitrificación como una vía seria hacia la conservación de órganos.
La estrategia recibió a veces el nombre de vitrificación de equilibrio. En lugar de exigir una velocidad de enfriamiento imposible, se usa suficiente crioprotector para que la velocidad crítica de enfriamiento resulte alcanzable en un sistema mayor.
Ese cambio de enfoque puso al descubierto tres condiciones interdependientes:
- La solución debe resistir la formación de hielo a velocidades de enfriamiento y recalentamiento alcanzables.
- El órgano debe tolerar la carga y la posterior retirada de esa solución.
- El crioprotector debe llegar a todas las regiones antes de que empiece el enfriamiento.
Una formulación podía funcionar de maravilla en un tubo de ensayo y fallar en un órgano porque la resistencia vascular, la distancia de difusión o la toxicidad cambiaban el resultado.
1985: embriones vivos regresan de un estado vítreo
William Rall y Gregory Fahy comunicaron en 1985 la criopreservación sin hielo de embriones de ratón a −196 °C.
Fue una demostración biológica decisiva. Células de mamífero vivas y nucleadas podían sobrevivir al enfriamiento y al recalentamiento a través de un estado por completo vitrificado.
Los embriones siguen siendo diminutos. Su temperatura y concentración cambian con rapidez y de forma uniforme, en comparación con un órgano adulto.
El resultado validó el método y, a la vez, hizo más visible el problema de la escala.
El problema de la escala se divide en cuatro problemas
1. Toxicidad del crioprotector
La concentración necesaria para vitrificar puede alterar proteínas, membranas y el metabolismo celular. La toxicidad depende del agente, la concentración, la temperatura, el tiempo de exposición y el tipo de tejido.
Esto significa que «menos tóxico» no es una propiedad de una sola molécula, sino del protocolo completo de carga y retirada.
2. Estrés osmótico
Añadir una solución concentrada saca agua de las células. Retirarla puede hacer que el agua entre de nuevo demasiado rápido.
Los protocolos actuales usan rampas de concentración, soluciones portadoras, control de temperatura y solutos no penetrantes para mantener las variaciones de volumen dentro de límites tolerables.
3. Distribución desigual
Un órgano no es un recipiente con líquido uniforme. El crioprotector viaja por los vasos, atraviesa las paredes capilares y difunde a través del tejido.
Coágulos, edema, enfermedad vascular, isquemia y la barrera hematoencefálica pueden dejar algunas regiones por debajo de la concentración necesaria para suprimir el hielo.
Por eso la perfusión moderna mide presión, flujo, temperatura y concentración venosa, en lugar de fiarse solo del volumen de solución administrado.
4. Gradientes térmicos
Un objeto grande se enfría de fuera hacia dentro. Las distintas temperaturas provocan distintas velocidades de contracción.
Cerca de la transición vítrea y por debajo de ella, el material no puede liberar tensión con rapidez. Si la tensión supera su resistencia mecánica, aparecen fracturas.
La solución fue el enfriamiento a velocidad controlada, el recocido cerca de Tg y un descenso más lento a través de la región vítrea. Estos principios rigen hoy el enfriamiento humano controlado por ordenador.
1990 y 2000: las mezclas sustituyen al pensamiento de un solo agente
Ningún crioprotector por sí solo optimizaba todos los requisitos. Los investigadores combinaron cada vez más agentes penetrantes para que cada uno aportara algo sin alcanzar su peor concentración individual.
Las soluciones portadoras controlaban iones, pH y condiciones osmóticas. Los polímeros no penetrantes influían en el agua del tejido y en el comportamiento vascular.
Los bloqueadores sintéticos de hielo actuaban sobre la nucleación y el crecimiento heterogéneos del hielo, y reducían la dependencia de la concentración de crioprotector a fuerza bruta.
Soluciones como VS55 y, más tarde, M22 representaron ingeniería de sistemas: varios agentes, bloqueadores de hielo y una química portadora cuidadosamente diseñada, combinados con protocolos definidos de perfusión y control térmico.
Una revisión de 2004 sobre vitrificación de órganos describe avances en la reducción de toxicidad, el daño por frío, el control de la nucleación y la perfusión de órganos.
El avance importante no fue que la toxicidad desapareciera, sino que los investigadores aprendieron a repartir su carga entre la química, el tiempo y la temperatura.
Experimentos con riñones de conejo: importantes y fáciles de sobrevalorar
Los trabajos con riñones de conejo demostraron que un órgano de mamífero vascularizado podía cargarse con una solución de vitrificación compleja, enfriarse hasta un estado vítreo, recalentarse y trasplantarse.
Un riñón, según un informe, mantuvo con vida a un conejo como único riñón funcional durante un periodo prolongado.
Ese resultado importa porque pasó de muestras microscópicas a la función de un órgano completo. No estableció un procedimiento clínico fiable.
La bibliografía posterior señala que el éxito del trasplante a largo plazo no se logró de forma reproducible. La distribución, la toxicidad y el recalentamiento convencional por la superficie seguían siendo limitantes.
Este es el estatus correcto: una prueba de concepto significativa con un problema de reproducibilidad y escala.
2015: la calidad de la preservación se hace visible a escala sináptica
La criopreservación estabilizada con aldehídos combinó fijación química, perfusión de crioprotector y vitrificación en cerebros de conejo y cerdo.
El estudio de 2015 describió membranas nítidas, sinapsis, vesículas, mielina y estructuras intracelulares tras el recalentamiento y la preparación para microscopía electrónica.
Demostró que una ultraestructura neural excelente podía sobrevivir a un ciclo de almacenamiento sin hielo en cerebros de gran tamaño.
No demostró una recuperación viable. La fijación con aldehídos entrecruza de forma intencionada el material biológico y es incompatible con la restauración normal de la función viva.
El experimento respondió, por tanto, a una pregunta estructural, no a la pregunta completa sobre la revivificación.
Su aportación más amplia fue metodológica: la preservación debe juzgarse inspeccionando las estructuras de interés, no solo observando que una muestra tenga aspecto vítreo.
2023: el nanocalentamiento resuelve el recalentamiento en riñones de rata
El enfriamiento es solo la mitad de una criopreservación reversible. El recalentamiento suele ser más difícil.
Si el recalentamiento es demasiado lento, el hielo puede crecer durante la desvitrificación. Si el calor llega sobre todo desde la superficie, los gradientes térmicos pueden fracturar el órgano.
El nanocalentamiento aborda ambos problemas: distribuye nanopartículas de óxido de hierro por la vasculatura y las calienta con un campo magnético de radiofrecuencia alterno.
En 2023, un equipo de investigadores vitrificó riñones de rata, los almacenó hasta 100 días, los nanocalentó y los trasplantó.
Los riñones recuperados restablecieron una función renal capaz de mantener con vida a receptores sin riñones propios durante el seguimiento comunicado.
El logro dependió de algo más que el recalentamiento. El equipo cambió a una formulación menos tóxica y modeló la carga de crioprotector para mejorar la concentración en el tejido.
Esta es una lección recurrente en la historia de la vitrificación: resolver un cuello de botella revela el siguiente, y una recuperación satisfactoria exige toda la cadena.
2024 a 2026: sistemas físicos mayores y tejido neural funcional
En 2024, un equipo de investigadores comunicó vitrificación física a escala de órgano humano en sistemas de entre 0,5 y 3 litros.
Combinaron termometría interna, recocido, enfriamiento controlado e inspección por microtomografía computarizada. También demostraron el nanocalentamiento en volúmenes de hasta 2 litros.
Las demostraciones de mayor escala fueron sobre todo físicas. Evitar el hielo visible y las grietas es necesario, pero no establece la recuperación biológica de un órgano de tamaño humano.
En 2026, un estudio en PNAS comunicó una recuperación funcional a corto plazo de tejido hipocampal de ratón adulto tras la vitrificación y el recalentamiento.
El estudio midió morfología, capacidad de respuesta mitocondrial, excitabilidad neuronal, transmisión sináptica y potenciación a largo plazo.
Trabajó con cortes de cerebro de ratón y preparaciones de cerebro completo de bajo rendimiento, no con un cerebro humano. Su alcance es más limitado, aunque sigue siendo relevante.
Mostró que el tejido neural de un mamífero adulto puede recuperar funciones electrofisiológicas después de que la movilidad molecular se haya detenido en un estado vítreo.
La biostasis humana hereda esta ciencia en condiciones más difíciles
Los experimentos de conservación de órganos parten de tejido sano, tiempos controlados y un acceso planificado a la vasculatura.
La biostasis humana empieza después de la muerte legal. La enfermedad, la isquemia caliente, la coagulación, el edema, el transporte y la enfermedad vascular pueden dificultar todos ellos el suministro del crioprotector.
El objetivo inmediato es la preservación estructural para una posible reparación futura, no un trasplante reversible en el presente.
Esta diferencia explica por qué las afirmaciones de laboratorio no pueden trasladarse sin más a afirmaciones sobre pacientes.
Cómo adaptó Tomorrow.bio la vitrificación a las condiciones sobre el terreno
Tomorrow.bio trasladó la perfusión crioprotectora de cuerpo completo a ambulancias especializadas. El procedimiento puede empezar cerca del paciente en lugar de esperar al traslado a Suiza.
Esto modifica un factor decisivo que la química no puede corregir después: la cantidad de isquemia acumulada antes de la perfusión.
El protocolo actual usa una química de solución basada en VM-1, adaptada para la crioprotección sobre el terreno y el transporte posterior con hielo seco.
Un programa de investigación de la EBF ha probado VM-1 en condiciones postmortem simuladas, incluidas tres horas de isquemia caliente.
El programa midió el índice de refracción venoso, el tiempo de perfusión, el cambio de peso, la contracción cerebral y la formación de hielo mientras probaba cambios en el perfusato y en el procedimiento.
Esta es la frontera práctica en los casos humanos: no si una solución ideal puede vitrificar, sino con qué calidad puede perfundirse a un paciente isquémico real.
La medición pasó a formar parte del procedimiento
La investigación temprana en vitrificación solía establecer el éxito mediante transparencia, calorimetría, difracción de rayos X, supervivencia o función tras el recalentamiento.
La biostasis humana no puede usar hoy la recuperación como criterio de éxito. Necesita, por tanto, medidas de la calidad de la preservación que sean no destructivas y basadas en muestras.
Tomorrow.bio realiza una tomografía computarizada a cada paciente a la misma temperatura del nitrógeno líquido, para estimar la distribución del crioprotector e identificar hielo o defectos macroscópicos en condiciones estandarizadas.
Con un consentimiento aparte, las microdisecciones neurales permiten una evaluación por microscopía electrónica de membranas, sinapsis y ultraestructura local.
Estos métodos, y sus límites, se describen en los procedimientos de control de calidad de la biostasis.
La medición cambia el propio desarrollo del campo. Cuando un fallo se hace visible y comparable entre casos, los cambios en la química y en el protocolo pueden dirigirse a corregirlo.
Qué ha mejorado y qué sigue sin resolverse
La vitrificación moderna ha logrado varias cosas que la congelación temprana no podía:
- Preservación sin hielo de muchas células, embriones y tejidos pequeños.
- Recuperación funcional de órganos animales vitrificados en experimentos concretos.
- Preservación estructural a escala sináptica en cerebros de mamífero fijados.
- Enfriamiento y recocido controlados por ordenador en sistemas de mayor tamaño.
- Recalentamiento volumétrico mediante tecnologías como el nanocalentamiento.
- Métodos de tomografía computarizada y microscopía electrónica para medir resultados reales de preservación.
No ha logrado una criopreservación humana de cuerpo completo que sea reversible.
Los problemas que quedan por resolver incluyen la isquemia postmortem, la perfusión desigual, la toxicidad del crioprotector, los efectos de la barrera hematoencefálica, los gradientes térmicos en todo el cuerpo, la prevención de fracturas y un recalentamiento uniforme y seguro.
Incluso una preservación estructural exitosa dejaría pendientes los problemas futuros de la reparación, la revivificación y el tratamiento de la causa original de la muerte.
Estas distinciones se desarrollan en los retos técnicos para una criopreservación reversible.
En resumen: la vitrificación ha mejorado gracias a mejores agentes crioprotectores, la perfusión, el control del hielo, el enfriamiento, el recalentamiento y la medición estructural. Algunos problemas ya están resueltos a pequeña escala, mientras que la reversibilidad en un humano completo sigue sin resolverse.
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