Modelado matemático del proceso de criopreservación de material biológico.

M.V.SANTOS, M. SANSINENA, J. CHIRIFE Y N. ZARITZKY.

Los Cocos Córdoba

Simposio; III Reunión Interdisciplinaria de Tecnología y Procesos Químicos RITEQ 2014.; 2014

En los últimos años se ha incrementado el interés por la aplicación de tecnologías reproductivas en animales mediante la criopreservacion de oovocitos y espermas. Los procesos que involucran la conservación de las gametas femeninas y masculinas son distintos dada las significativas diferencias en el tamaño de las gametas. La relación área por unidad de volumen que presentan las gametas femeninas es baja comparado con los espermas. En el caso de espermas se aplica un proceso de congelación ubicando los dispositivos en vapor de nitrógeno sobre nitrógeno líquido a los efectos de congelar la solución crioprotectante generando cristales de hielo extracelulares y por ende una deshidratación parcial del material biológico para luego ser almacenados en el líquido. Los espermas que se encuentran en pajuelas y/o OPS se sostienen en racks a distintas alturas sobre el nitrógeno líquido lo cual genera que estén expuestos a distintas Temperaturas de vapor de nitrógeno. Esto afecta a su vez el tiempo requerido para lograr la completa congelación de la solución con material biológico. Por otro lado en ovocitos esta práctica no es conveniente y el protocolo que se utiliza es en general un enfriamiento ultrarrápido logrando de este modo la vitrificación (pasaje de liquido a estado sólido amorfo) de la muestra de manera de minimizar la formación de hielo intracelular que con llevan a daño celular irreversible. Para lograr la vitrificación de las muestras se trabaja con dispositivos de volúmenes mínimos para llegar a velocidades altas de enfriamiento. Dado que la cantidad de muestra y velocidades de enfriamiento son altas resulta muy dificultosa la medida de temperatura vs. Tiempo de la muestra durante su enfriamiento lo cual dificulta la determinación de la performance de los dispositivos ya sea en esperma y óvulos. El modelado matemático del fenómeno de transferencia de energía permite la obtención de los perfiles de temperatura en todo el dominio del dispositivo. El método de los elementos finitos es de los más utilizados para modelar numéricamente el proceso ya que permite simular problemas complejos con cambio de fase y geometrías irregulares como los que se presentan en la criopreservación de espermas y ovocitos. Por lo tanto los objetivos del presente trabajo son simular numéricamente el proceso de transferencia de energía para i) determinar la performance de los dispositivos para criopreservar ovocitos (Cryoloop® ,Cryotop® ,Miniflex® and Open Pulled Straw ) determinando las velocidades de enfriamiento/vitrificación tieniendo en cuenta tanto los coeficientes de transferencia de calor en nitrógeno liquido como la geometría irregular de los mismos, ii) determinar el efecto de la distancia de ubicación de pajuelas/OPS con esperma en vapor de nitrógeno sobre nitrógeno liquido en los tiempos de congelación variando la temperatura del vapor de nitrógeno en el modelo matemático. El modelado matemático permitió obtener las velocidades de enfriamiento de cada tipo de dispositivo para ovocitos y los tiempos de congelación de espermas según la temperatura del vapor. En el caso de congelación el modelo tuvo en cuenta el cambio de fase de liquido a cristales mediante una formulación alternativa del calor específico aparente de la solución crioprotectante. En todos los casos se incorporaron al modelado las propiedades termofísicas de la solución como las del plástico soporte del dispositivo.