Criofractura

Qué es la criofractura

El nombre une el griego κρύος (krýos, "frío") con el latín fractura (de frangere, "romper"): literalmente, "rotura por frío". En la literatura anglosajona el término habitual es freeze fracture o freeze-fracture electron microscopy.

Otras técnicas de microscopía electrónica seccionan el tejido en cortes ultrafinos. La criofractura no corta la muestra con un micrótomo convencional: la congela y la parte por la mitad, aprovechando que las membranas biológicas tienen un plano natural de fragilidad en su núcleo hidrofóbico. Cuando el tejido congelado se fractura, la línea de rotura tiende a discurrir por el interior de la bicapa lipídica, separando las dos hojas de la membrana y exponiendo las proteínas intramembranosas como relieves sobre la superficie fracturada. El resultado es una vista en planta del interior de la membrana que ninguna otra técnica puede ofrecer con la misma resolución.

Russell Steere, Daniel Branton y la consolidación de la técnica

Russell Steere describió en 1957 los principios de la congelación-fractura aplicada a muestras biológicas, pero fue Daniel Branton quien, a partir de 1963, demostró que las imágenes obtenidas reflejaban la estructura real de las membranas celulares. Sus trabajos fueron recibidos con escepticismo inicial. No quedaba claro si los relieves que aparecían en las réplicas eran artefactos del proceso de congelación o corresponderían a proteínas genuinas embebidas en la bicapa lipídica. Branton y sus colaboradores aportaron evidencia suficiente para inclinar la balanza, y a lo largo de las décadas de 1970 y 1980 la criofractura vivió su período de máxima producción científica, contribuyendo de forma decisiva a validar el modelo de mosaico fluido propuesto por Singer y Nicolson en 1972.

Pasos del procedimiento

La muestra se fija previamente con glutaraldehído y se impregna con un crioprotector (glicerol, habitualmente) para limitar la formación de cristales de hielo que podrían dañar las estructuras celulares. A continuación se sumerge en nitrógeno líquido a -196 °C, lo que la congela con rapidez suficiente para preservar la organización ultraestructural.

Una vez congelada, la muestra se introduce en una cámara de alto vacío y se fractura golpeándola con una cuchilla enfriada. La superficie recién expuesta se somete a un sombreado oblicuo con platino: un haz de vapores de platino incide sobre la superficie fracturada desde un ángulo, de modo que las zonas elevadas reciben más depósito que las depresiones. Ese juego de luces y sombras metálicas es lo que confiere tridimensionalidad a la imagen final. Sobre la capa de platino se deposita después una película de carbono para estabilizar la réplica, se disuelve el tejido biológico con un ácido fuerte y la réplica se coloca sobre una rejilla para examinarla en el microscopio electrónico de transmisión.

Qué se puede observar con la criofractura

Las partículas intramembranosas visibles en las réplicas corresponden, en su mayoría, a proteínas integrales de la membrana. La técnica ha sido particularmente útil para estudiar las uniones intercelulares (gap junctions, uniones estrechas), los poros de la envoltura nuclear y la distribución de canales iónicos y receptores en la superficie de células nerviosas y musculares.

Una variante, el freeze-etching o criograbado, añade un paso de sublimación controlada del hielo antes del sombreado. Al eliminar una fina capa de hielo superficial, se descubren estructuras que la fractura por sí sola no expondría, como la cara externa de la membrana plasmática o componentes del citoesqueleto submembranoso.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra "criofractura"?

Del griego κρύος (krýos, "frío") y del latín fractura, derivado de frangere ("romper"). En inglés se conoce como freeze fracture.

¿Se sigue utilizando o ha quedado obsoleta?

Su uso ha disminuido desde los años noventa, en buena parte porque la criomicroscopía electrónica de partículas individuales (cryo-EM) permite hoy resolver la estructura de proteínas de membrana a resolución atómica. Sin embargo, para obtener vistas panorámicas de la organización de membranas extensas sigue siendo una herramienta que no tiene sustituto directo.

¿Es una técnica clínica o de investigación?

De investigación. No se emplea en la práctica clínica cotidiana, sino en laboratorios de biología celular y estructural. Su valor ha sido sobre todo conceptual: las imágenes de criofractura fueron la prueba visual más convincente de que las membranas biológicas contienen proteínas insertadas en la bicapa lipídica.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Membrana celular. MedlinePlus, enciclopedia médica en español.
2. JoVE Science Education. Elementos técnicos de la criofractura en microscopía electrónica biológica.
3. Real Academia Nacional de Medicina de España. Diccionario de términos médicos.
4. Real Academia Española. Diccionario de la lengua española.