Criostasis (hidratos de clatrato)

El término criostasis se introdujo para denominar la tecnología de conservación reversible de objetos biológicos vivos que se basa en el uso de sustancias gaseosas formadoras de clatratos bajo presión hidrostática elevada y temperaturas hipotérmicas.

Los tejidos vivos enfriados por debajo del punto de congelación del agua se dañan por la deshidratación de las células a medida que se forma hielo entre las células. Renfret ha aclarado el mecanismo del daño por congelación en tejidos biológicos vivos. La presión de vapor del hielo es más baja que la presión de vapor del soluto de agua en las celdas circundantes y, a medida que se elimina el calor en el punto de congelación de las soluciones, los cristales de hielo crecen entre las celdas, extrayendo agua de ellas. A medida que crecen los cristales de hielo, el volumen de las células se reduce y las células se aplastan entre los cristales de hielo. Además, a medida que las células se encogen, los solutos dentro de las células se concentran en el agua restante, aumentando la fuerza iónica intracelular e interfiriendo con la organización de las proteínas y otras estructuras intercelulares organizadas. Eventualmente, la concentración de soluto dentro de las células alcanza el eutéctico y se congela. El estado final de los tejidos congelados es hielo puro en los antiguos espacios extracelulares, y dentro de las membranas celulares una mezcla de componentes celulares concentrados en hielo y agua ligada. En general, este proceso no es reversible hasta el punto de devolver la vida a los tejidos.

La criostasis utiliza gases formadores de clatratos que penetran y saturan los tejidos biológicos provocando la formación de hidratos de clatratos (bajo condiciones específicas de presión y temperatura) dentro de las células y en la matriz extracelular. Los hidratos de clatrato son una clase de sólidos en los que las moléculas de gas ocupan "jaulas" formado por moléculas de agua unidas por hidrógeno. Estas "jaulas" son inestables cuando están vacíos, colapsando en una estructura de cristal de hielo convencional, pero se estabilizan mediante la inclusión de la molécula de gas dentro de ellos. La mayoría de los gases de bajo peso molecular (incluidos CH₄, H₂S, Ar, Kr y Xe) formarán un hidrato en algunas condiciones de presión y temperatura. La formación de clatratos evitará que los tejidos biológicos se deshidraten, lo que provocará la inactivación irreversible de las enzimas intracelulares.