Tras la perfusión con crioprotectores, el paciente no se sumerge sin más en nitrógeno líquido.
El paciente sigue un programa de temperatura controlado por ordenador que dura varios días. Sensores colocados en su interior muestran si las distintas regiones anatómicas se enfrían al mismo ritmo o si aparecen gradientes térmicos peligrosos entre ellas.
El problema técnico cambia a medida que avanza el descenso. Al principio, el enfriamiento debe limitar la formación de hielo. Cerca de la transición vítrea y por debajo de ella, la precisión y la uniformidad térmica pesan más que la velocidad.
Por qué es necesario un enfriamiento controlado
Los agentes crioprotectores reducen la velocidad de enfriamiento necesaria para evitar el hielo. Permiten que el tejido, rico en agua, entre en un estado vítreo muy viscoso en lugar de cristalizar de forma extensa.
La temperatura de transición vítrea relevante, que se escribe Tg, depende de la solución, de su concentración y del método de medición. Es un intervalo, no un umbral biológico universal.
En las soluciones que se usan en la criopreservación humana, esta región suele situarse entre −120 °C y −135 °C.
Por encima de esa región, un enfriamiento demasiado lento permite la nucleación y el crecimiento de hielo. Por debajo, el material se comporta cada vez más como un sólido frágil.
Si la superficie se enfría mucho más rápido que el centro, las distintas regiones se contraen de forma desigual. La tensión termomecánica resultante puede provocar grietas.
Esto define un margen estrecho: enfriar con la rapidez suficiente antes de la vitrificación y, después, controlar los gradientes y la velocidad de enfriamiento a medida que el paciente adquiere el estado vítreo.
Puedes ver la diferencia entre congelación y vitrificación para entender el comportamiento de fase que hay detrás.
La caja de enfriamiento de primera generación
El primer sistema de Tomorrow.bio, la caja de enfriamiento V1, estableció la arquitectura básica del enfriamiento controlado de todo el cuerpo.
El paciente se coloca dentro de una cámara aislada específica. Un ordenador controla el ambiente criogénico de la cámara mientras varios termopares miden la temperatura en distintos puntos.
El controlador sigue una curva programada en lugar de aplicar el máximo enfriamiento de forma continua. Cada canal de sensor queda registrado como parte del historial térmico del paciente.
Esto ya supone una diferencia fundamental respecto a la inmersión directa. La máquina puede ralentizar, mantener o modificar las condiciones de la cámara según lo que realmente ocurre en el paciente.
El sistema de segunda generación basado en dewar
El diseño de segunda generación de Tomorrow.bio traslada el enfriamiento controlado a un dewar diseñado para ese fin.
El paciente permanece dentro del dewar mientras una tapa especializada integra el equipo de enfriamiento, los controles informáticos, las válvulas, las conexiones de los sensores y los pasamuros de los termopares.
Los termopares se colocan en varios puntos del interior del paciente. Otros sensores vigilan el ambiente térmico dentro del dewar.
El sistema, por tanto, capta más que la consigna solicitada: capta la rapidez con la que responden las distintas regiones medidas del paciente.
El ordenador ajusta el gradiente de temperatura del dewar y la velocidad de descenso para mantener esas lecturas dentro del margen que permite el protocolo.
Un cuerpo grande no puede ser perfectamente isotermo durante el enfriamiento. El objetivo práctico es minimizar esa dispersión y evitar que alguna región medida se adelante o se retrase de forma peligrosa.
La geometría del dewar también reduce las manipulaciones entre el enfriamiento controlado y el almacenamiento criogénico. La misma forma cerrada puede ofrecer un ambiente estable y simétrico alrededor del paciente.
La temperatura de consigna no es la temperatura del paciente
Un controlador puede enfriar el ambiente con rapidez. No puede hacer que el centro de un cuerpo humano alcance esa temperatura de forma instantánea.
El calor debe viajar desde los tejidos profundos hacia la superficie. La geometría, la composición corporal, la distribución del crioprotector y la posición de los sensores influyen en el retraso observado.
Por eso un solo sensor en la cámara no basta. Que el ambiente marque −130 °C no demuestra que todas las partes medidas del paciente hayan llegado a −130 °C.
El sistema de control debe tener en cuenta tanto la temperatura absoluta como la diferencia entre canales. El punto más lento, el más rápido y la dispersión total aportan cada uno información distinta.
También importan la calibración, la colocación y la continuidad de los termopares. Las lecturas inverosímiles o los fallos de sensor deben señalarse, no promediarse en silencio dentro de la curva.
El programa de temperatura en tres fases de Tomorrow.bio
El protocolo actual consta de tres fases bien diferenciadas. Los valores son objetivos operativos para este equipo y este enfoque crioprotector, no constantes universales válidas para cualquier sistema de vitrificación.
1. Descenso rápido hacia −130 °C
La primera fase lleva al paciente desde la temperatura del hielo seco hasta aproximadamente −130 °C, tan rápido como lo permite con seguridad la dispersión de temperatura medida.
La velocidad importa aquí porque las regiones peor protegidas todavía pueden formar hielo antes de que el tejido alcance el estado vítreo.
El ordenador no se guía solo por el tiempo transcurrido: vigila los termopares y ajusta el ambiente de enfriamiento alrededor del paciente.
2. Rebote controlado hacia −120 °C
Tras alcanzar aproximadamente −130 °C, se reduce el enfriamiento activo y se deja que el paciente se caliente de forma natural hasta cerca de −120 °C.
Es una fase de recocido. Cerca de la Tg, el material crioprotegido conserva suficiente movilidad molecular para que parte de la tensión mecánica acumulada se relaje.
El rebote también da tiempo a que las regiones más cálidas y las más frías se acerquen entre sí antes de que el material entre en un estado vítreo más rígido y profundo.
El recocido no revierte el daño biológico previo. Su función es más limitada: reducir los gradientes térmicos y las tensiones que genera una contracción desigual.
3. Descenso hasta −196 °C a razón de aproximadamente 1 °C por hora
Desde cerca de −120 °C, el descenso objetivo es de aproximadamente 1 °C por hora hasta que el paciente alcanza la temperatura del nitrógeno líquido.
Ese último tramo de 76 grados requiere unos tres días, incluso antes de contar las pausas y los ajustes de control.
Mantener 1 °C por hora en un cuerpo grande y térmicamente heterogéneo es un problema de control, no solo una cuestión de temporizador.
El controlador debe ajustar de forma continua el ambiente del dewar para que los termopares internos desciendan juntos sin generar gradientes excesivos.
Cuando una región se retrasa, forzar el enfriamiento del ambiente puede sobreenfriar otra. La precisión consiste en equilibrar todo el conjunto de sensores, no en perseguir una única lectura.
Por qué la fase de recocido resulta científicamente plausible
La investigación sobre vitrificación a gran escala identifica dos zonas de fallo enfrentadas: el enfriamiento insuficiente por encima de la Tg y la tensión mecánica excesiva en torno a ella y por debajo.
Un estudio de 2024 sobre vitrificación a escala de órgano humano empleó varias sondas internas y concluyó que el recocido reduce los gradientes antes de que el material entre en la fase vítrea.
El mismo estudio comprobó que un enfriamiento lento por debajo de la región de recocido ayuda a evitar que vuelvan a formarse grandes gradientes y tensiones.
Por su parte, una investigación termomecánica independiente encontró que el recocido cerca de la Tg modifica de forma sustancial la tensión residual y debilita su dependencia de la velocidad de enfriamiento previa.
Estos estudios respaldan la estrategia de control subyacente. No validan de forma independiente cada valor exacto de consigna del protocolo de cuerpo completo de Tomorrow.bio.
Un cuerpo humano entero es más grande y más heterogéneo que las soluciones u órganos de laboratorio. Los registros directos de temperatura y las imágenes posteriores al enfriamiento siguen siendo necesarios.
Lo que registra el ordenador
El resultado útil no es un mensaje que diga «enfriamiento completado». Es la serie temporal completa de cada canal de temperatura.
El registro debe mostrar velocidades, pausas, rebotes, gradientes entre sensores, acciones del controlador, alarmas y cualquier desviación respecto a la curva prevista.
Esos datos pasan a formar parte de la evaluación de calidad de la criopreservación.
Después del enfriamiento, una tomografía computarizada estandarizada a la temperatura del nitrógeno líquido puede detectar la distribución del crioprotector, hielo, deformaciones importantes y fracturas que los datos de temperatura por sí solos no revelan.
Por qué se termina a la temperatura del nitrógeno líquido
A presión atmosférica normal, el nitrógeno hierve cerca de 77,34 kelvin, aproximadamente −195,8 °C, según el NIST Chemistry WebBook.
El almacenamiento en nitrógeno líquido es pasivo. Mientras quede suficiente líquido en el recipiente, su equilibrio de ebullición mantiene un ambiente criogénico estable sin necesidad de refrigeración mecánica.
El descenso controlado termina solo cuando el paciente está térmicamente preparado para ese estado estable. El almacenamiento no sustituye al enfriamiento.
El diseño y las ventajas e inconvenientes de la siguiente etapa se explican en dewares criogénicos modernos y almacenamiento a temperatura intermedia.
Resumen: En Tomorrow.bio se usa un enfriamiento controlado por ordenador y sensores internos de temperatura. El proceso enfría con rapidez cerca de la formación del vidrio, alivia las tensiones térmicas y después desciende despacio hasta −196 °C.
Para saber más