Cápsula de gel

Capsula de Gel
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Concepto:Se forma a partir de una reacción de acomplejamiento entre el alginato de sodio y el cloruro de calcio

Capsula de Gel: Se forma a partir de una reacción de acomplejamiento entre el alginato de sodio y el cloruro de calcio. El alginato de sodio forma complejo cuando se mezcla con cationes de metales di- o trivalentes (en este caso el Ca2+) para formar alginato de calcio (gel endurecido), formándose de esta manera enlaces iónicos entre el calcio divalente y los grupos¬ carboxílicos del ácido galurónico del alginato de sodio

Historia

La idea de sembrar los embriones encapsulados usando una sembradora automática, como se hace con la verdadera semilla, podría hacer que los costos durante el transplante se llegaran a reducir extraordinariamente y hacer más competitivos los precios frente a la semilla botánica lo cual abriría las puertas a la propagación in vitro al mercado de semillas en muchas especies.

En el año 1977, Sunderlan demostró que era posible producir cientos de embriones morfológicamente uniformes a partir de granos de polen de Nicotiana y Datura, al mismo tiempo Lawrence en 1981 comenzó a considerar varios métodos para propagar árboles forestales y cultivos como la lechuga y el apio usando la técnica del gel fluido. Redenbaugh y colaboradores en 1984 descubrieron que algunos hidrogeles como el alginato de sodio podían ser utilizados en la elaboración de semillas con embriones individuales. A partir de este momento fue que el grupo de Lawrence comenzó a utilizar el alginato de sodio para encapsular embriones somáticos de zanahoria y apio.

También se han realizado numerosos trabajos de investigación sobre la encapsulación de yemas y otros tipos de propágulos, encapsulándose por ejemplo, en matriz de alginato yemas axilares de mora (Morus indica.L), la encapsulación de yemas de lechuga empleando un hidrogel no descrito, también se reportan la encapsulación de yemas de caña de azúcar (Saccharum spp híbrido).

Geles más utilizados en la encapsulación.

Hidrogeles. Conc. W/V %. Agentes.
Alginato de sodio 0.5 - 5.0 CaCl2, Ca(NO3)2
Alginato de potasio. 0.5 - 5.0 CaCl2, Ca(NO3)2
Agar. 5.0 Ácido tanínico
Agar 1.0 Bajas temperaturas
Gelrite. 0.25 Bajas temperaturas
Carragenan más

goma de algarrobo.

3.0 KCl, NH4Cl, CaCl2
Guar Gum 2.0 Tetraborato de sodio
Pectato de sodio 2.0 CaCl2, CuSO4
Carboximetilcelulosa. 2.5 CuSO4

El alginato de sodio rico en ácido galurónico (G) forma cápsulas más duras que el alginato rico en ácido manurónico (M). Las unidades de G y M se acoplan juntas y forman el alginato de sodio, estas unidades se distribuyen en bloques, los cuales pueden encontrarse en 3 formas: La disposición de estos bloques depende del origen del alga marina, la época de cosecha del alga y la parte del alga de la cual es extraída el alginato, siendo el alginato más comercial es el que se extrae de un alga carmelita gigante como la Macrosystis pyrifera. Otra alga utilizada es la Laminaria hiperborea.

Mientras mayor sea el contenido de Acido galurónico mejor calidad tendrá el gel que este formará, mayor porosidad, mejor estabilidad entre los iones que forman el enrejado, mayor fortaleza mecánica.

El hidrogel de alginato es el más frecuentemente seleccionado como matriz para la semilla artificial, pues tiene como rasgo una viscosidad moderada y baja toxicidad, así como una rápida gelificación. Esta característica es de suma importancia para la formación de la cápsula por el método del goteo.

Ventajas

  1. Ausencia de fitotoxicidad.
  2. Insignificante disminución del poder germinativo de los embriones.
  3. Simplicidad del proceso de gelificación que es depositar gota a gota una mezcla de alginato+medio de cultivo+embrión en una solución de CaCl2.

Desventajas

  1. Insuficiente elasticidad del gel y/o por la fuerza de endurecimiento del gel.
  2. Problemas con el intercambio de gases por la rigidez del gel.
  3. Pérdida de agua con facilidad.


Se ha observado frecuentemente que no todos los embriones encapsulados emergen del gel endurecido, aunque la calidad de estos sea excelente. Posibles causas de esta inhibición en la germinación están dados por una insuficiente elasticidad y/o por la fuerza de endurecimiento del gel y también por la falta de oxigeno una vez formada la cápsula. Para ello las cápsulas una vez endurecidas en cloruro de calcio son enjuagadas con agua corriente estéril y después sumergidas en una solución de cationes monovalentes, por ejemplo nitrato de potasio, seguido de otro enjuague con agua corriente. Posteriormente los geles endurecidos deben ser sembrados en condiciones de humedad. Las cápsulas gradualmente comienzan a hincharse y se vuelven frágiles y finalmente se rajan espontáneamente.

Recubrimiento de la cápsula

Las sustancias utilizadas como recubridoras son generalmente polímeros, su función es mantener un adecuado nivel de hidratación de las cápsulas y protegerlas de daños mecánicos, además de poder servir como vehículo portador de agentes protectantes. Estas sustancias deben adherirse al hidrogel usado en la encapsulación y mantener su estabilidad a temperatura ambiente en frascos tapados o contenedores sellados.

Las sustancias más empleadas han sido el polioxietilenglicol que es una resina soluble en agua la cual protege a la cápsula y al embrión de la excesiva deshidratación, utilizada por en el recubrimiento de embriones somáticos encapsulados de zanahoria y el Elvax 4260 el cual es un polímero semihidrofóbico utilizado en semilla artificial de alfalfa.

El procedimiento para cubrir puede realizarse de tres formas: por inmersión, aspersión y dipping (sumersión inclinada), manteniendo siempre durante el proceso una temperatura de 10 a 30 ° C para prevenir el daño por calor y usando como solventes fundamentalmente: éter de petróleo, tolueno, ciclohexano y cloruro de metilo, aunque este último presentó un efecto adverso en la supervivencia de los embriones. Este autor reporta además como mejor polímero el Elvax 4260 pues presenta buena adhesión a superficies polares usando una solución de cubierta que contiene ácido esteárico, cetil alcohol, aceite de esperma a razón de 1:2:5 respectivamente por gramo de Elvax 4260.

Encapsulamiento

Los materiales usados para el encapsulamiento deben de cumplir con la función de protección física del material vegetal y además deben permitir la disponibilidad de nutrientes, antibióticos, funguicidas y microorganismos. Redenbaugh y colaboradores a comienzos de los ochentas, y después de diversos estudios con compuestos prominentes, determinaron que los hidrogeles de alginato de calcio, llegaban a poseer las mejores características. El encapsulamiento con base en este compuesto químico, suministra una protección adecuada para el tejido vegetal, gracias a que posee una dureza idónea. La información que estos estudios generaron sentó las bases para la búsqueda de nuevas alternativas que hacen el concepto de "semilla somática" cada vez más cercano. Generalmente la técnica de formación de semillas artificiales, permite además de servir como una cubierta protectora, servir como una membrana semipermeable, para que en ella pueda existir un intercambio osmótico necesario durante la crioconservación de los tejidos encapsulados.

Fuentes

  • Kitto S. and J. Janick. 1982. Polyox as an artificial seeds coat for asexual embryos. Hort. Science 17 (Abstr.113):448.
  • Malabadi, R., and J. Van Staden., 2005. Storability and germination of sodium alginate encapsulated somatic embryos derived from the vegetative shoot apices of mature Pinus patula trees. Plant Cell Tiss. Organ Cult. 82:259-265.
  • Redenbaugh, K., J. Nichol, M. Kossler, P. y B. Paasch 1984. Encapsulation of somatic embryos for artificial seed production. In vitro 20:256.
  • Redenbaugh, K. 1993. Synseeds, Application of Synthetic Seeds to Crop Improvement. CRC Press, Roca Raton, USA.