La recherche en technologie médicale progresse chaque jour. Pourtant, pour la plupart des gens, il est souvent difficile de voir ces avancées. Combien d'entre nous passent leur temps à rechercher les articles scientifiques les plus récents, à les lire et à essayer de les comprendre ? Eh bien, ici, à Tomorrow Biostasis, nous le faisons. Comme nous travaillons dans le domaine de la médecine expérimentale, il est primordial pour nous d'être à jour non seulement sur la cryogénie, mais aussi sur de nombreux sujets liés à ce que nous voulons réaliser : la possibilité pour chaque personne de décider de la durée de sa vie. Si toi aussi, tu es intéressé par les articles scientifiques récents concernant la cryogénisation, Jette un coup d'œil à notre résumé !

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Où en sommes-nous dans le développement de la cryoconservation ?

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Commençons par le début. Le terme « cryopréservation » désigne le processus consistant à conserver du matériel biologique à basse température. Les cellules, les tissus, les embryons, le sperme, les organes et les organismes complets peuvent être cryopréservés. Des sociétés de Biostase (ou cryogénisation) proposent un service de cryopréservation humaine. L'être humain étant constitué de cellules, de tissus, d'embryons (ou de sperme) et d'organes, les découvertes concernant l'un de ces éléments pourraient par conséquent influencer le domaine de la biostase. De même, les percées dans le domaine de la cryopréservation humaine pourraient favoriser le développement de domaines connexes. Alors, où en sont les chercheurs dans le développement des techniques de cryopréservation et de réchauffement ?

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L'hiver arrive : l'avenir de la cryopréservation.

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Si tu recherches un aperçu récent du sujet, de ses applications actuelles et de ses perspectives, "Winter is coming : the future of cryopreservation" est l'article qu'il te faut. Publié en avril 2021 par Bojic, S., Murray, A., Bentley, B.L. et al. cet ouvrage est l'outil parfait pour comprendre la cryopréservation en tant qu' "effort interdisciplinaire entre la médecine, la biologie, la bio-informatique, la chimie et la physique [1]".

La cryopréservation est un domaine d'étude relativement spécialisé et cela ne fait que 70 ans que la cryobiologie a été créée. Dans ce court laps de temps, elle a fait des progrès remarquables. Dans le passé, les chercheurs ne pouvaient congeler que des spermatozoïdes d'une taille moyenne d'environ 50 micromètres(5/100.000 de mètre). Aujourd'hui, en utilisant des solutions complexes à plusieurs composants, nous pouvons vitrifier des tissus, de petits organes et des organismes entiers aussi complexes que des êtres humains.

Mais à quoi sert exactement la cryopréservation ?

• La préservation des organes et des tissus pourrait faciliter le processus de transplantation et résoudre les problèmes liés à la pénurie de donneurs d'organes - en permettant la création d'une banque d'organes. Le besoin d'une telle solution est élevé. En effet, en 2010,seuls 10 % des besoins mondiaux en matière de transplantation d'organes ont été satisfaits.
• La préservation de la fertilité (ovules, sperme ou tissu reproductif) est un domaine qui s'est développé de manière exponentielle, avec de grands résultats. Depuis la première naissance consécutive à une fécondation in vitro (FIV) en 1978, au moins 8 millions de bébés ont vu le jour grâce à l'assistance médicale à la procréation.
• La découverte de médicaments, eur développement et leur expérimentation pourraient également bénéficier de la disponibilité de grandes quantités de tissus et de cellules cryopréservés. La recherche pharmaco-toxicologique pourrait utiliserdes tranches de tissus provenant d'organes humains. Cela permettrait d'obtenir des résultats plus efficaces et de réduire l'utilisation d'animaux de laboratoire.
• Les cellules souches représentent des ressources très prometteuses pour des applications en thérapie cellulaire et en médecine régénérative. Leurs applications commerciales et cliniques dépendent actuellement de la cryopréservation, seule option de conservation à long terme disponible.
• Enfin, la cryopréservation humaine pourrait révolutionner complètement le domaine de la médecine d'urgence. L'utilisation de très basses températurespour sauver des vies en est encore à ses débuts. Les états modérés d'hypothermie sont récemment devenus une pratique courante pour gagner un temps crucial dans les situations d'urgence. L'hypothermie profonde et la vitrification sont des domaines moins courants, mais prometteurs.

Enfin, l'article offre des explications techniques, mais pas trop complexes sur des aspects fondamentaux tels que la congélation et la vitrification, les différents agents cryoprotecteurs et leur toxicité, la décongélation et le réchauffement. L'ouvrage se termine sur une note très prometteuse : de nombreuses possibilités s'offrent encore à nous, qu'il s'agisse d'améliorations à court terme de la biologie de la transplantation ou d'ambitions qui ont pu autrefois relever de la science-fiction, comme la constitution de banques d'organes ou l'animation suspendue à long terme.

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Nouvelles approches de la cryopréservation des cellules, des tissus et des organes

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Si tu t'intéresses à la cryogénisation, tu as probablement déjà une certaine connaissance des sujets abordés dans le premier article. Ce deuxième article présente plutôt un éventail de nouvelles approches, tant pour la préservation à basse température que pour le réchauffement. Il s'intitule "New approaches to cryopreservation of cells, tissues and organs" (Nouvelles approches de la cryopréservation des cellules, tissus et organes) et a été publié en juin 2019 par Taylor MJ, Weegman BP, Baicu SC, Giwa SE.

L'objectif de l'étude est clair. Le développement d'une chaîne d'approvisionnement en organes et en tissus capable de répondre aux demandes de soins de santé du 21e siècle nécessite de surmonter le double défi (1) de disposer d'une quantité suffisante de ces ressources vitales et (2) de disposer des moyens de les conserver et de les transporter pour diverses applications  [2].

Concentrons-nous sur ce deuxième défi. Avec les technologies actuelles, environ 60 % des cœurs et des poumons donnés doivent être jetés. Cela s'explique par le fait que la personne dans le besoin se trouve souvent à une distance supérieure quelques heures(durée pendant laquelle ces tissus peuvent survivre hors du corps). Pour résoudre ce problème, les chercheurs étudient les moyens de préserver les tissus et les organes. La conservation à court terme peut être réalisée en utilisant des températures de quelques degrés au-dessus du point de congélation. Comme il n'y a pas de formation de glace, la procédure de décongélation successive est, dans la plupart des cas, assez simple. Pourtant, dans la plupart des cas, nous devons conserver le matériel biologique pendant une période plus longue. Des températures plus basses deviennent nécessaires. Avec des températures plus basses, se pose le problème de la formation de glace (qui endommagerait les tissus). Pour éviter la formation de glace et améliorer la qualité de la cryopréservation, les chercheurs utilisent une solution cryoprotectrice antigel qui induit un processus appelévitrification. Mais ces solutions posent le problème de la toxicité lors de la décongélation. Et pour ce problème, la technologie médicale n'a pas encore trouvé de solution.

Examinons quelques-unes des différentes approches présentées dans l'article.

• La surfusion. Dans la nature, de nombreuses espèces peuvent maintenir des températures corporelles inférieures au point de congélation pendant des semaines ou plus, en surfusionnant/hibernant pour éviter la formation de glace. La surfusion pourrait être induite artificiellement dans les organes humains par l'application d'agents cryoprotecteurs de faible poids moléculaire et de bloqueurs de glace synthétiques.
• Congélation partielle contrôlée de la glace. Il existe au moins 45 animaux qui peuvent survivre durant de longues périodes à des températures très basses en état debiostase. Les chercheurs étudient les APC de faible poids moléculaire qui pourraient aider à reproduire cette capacité chez les êtres humains.
• Le nano-réchauffement. Afin d'obtenir un réchauffement rapide et uniforme après la cryopréservation, nous pourrions utiliser des méthodes de transfert de chaleur capables de réchauffer les tissus de l'intérieur plutôt que par la seule conduction de surface. La technologie du nano-réchauffement pourrait le faire par des nanoparticules magnétiques biocompatibles perfusées avec les solutions de vitrification. Grâce à des champs de radiofréquence, on pourrait exciter ces nanoparticules, ce qui provoquerait un réchauffement rapide et uniforme.

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Vitrification et nano-chauffage des reins

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Considérant l'importance du nano-chauffage pour la décongélation et la réanimation future, voyons où en est la recherche dans ce domaine. L'article "Vitrification et nano-chauffage des reins" (Vitrification et nano-chauffage des reins) présente une expérience réussie de nano-chauffage sur un rein de rat. Publié en août 2021 par Sharma A, Rao JS, Han Z, et al, ce travail suggère que cette méthode est extrêmement prometteuse pour la transplantation.

Au cours de l'expérience, les chercheurs ont perfusé des reins de rat via l'artère rénale avec un cocktail cryoprotecteur (CPA) et des nanoparticules d'oxyde de fer enrobées de silice (sIONP). Après avoir refroidi les reins à -40 °C, ils ont vérifié la distribution des sIONP et l'état de vitrification des reins à l'aide de l'imagerie par tomographie microcompacte (µCT). Une fois qu'il a été établi que les solutions avaient été perfusées correctement, les nanoparticules ont été excitées en appliquant un champ de radiofréquence. Les reins vitrifiés ont été nano-chauffés avec succès : la modélisation démontre que la cristallisation et la fissuration de la glace sont évitées au cours de ces processus. L'expérience a montré une préservation prédominante de l'intégrité vasculaire (débits, faible pression et faible résistance), et ces mesures sont des indicateurs importants de la qualité des organes dans la pratique clinique actuelle. D'autre part, les chercheurs ont constaté des dommages causés par la toxicité des solutions d'agents cryoprotecteurs utilisées. Pour résoudre ce problème, il sera nécessaire de développer des solutions de vitrification moins toxiques et plus stables.

Comme le conclut l'article, la combinaison des études présentées ici et de l'évolution constante de la technologie de perfusion et de cryoprotection permet d'espérer une cryopréservation d'organes pleinement réussie dans un avenir proche, avec des implications potentiellement révolutionnaires pour l'avenir de la transplantation d'organes [3].

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Cryopréservation d'un cerveau humain et son corrélat expérimental chez le rat

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Pour finir, le dernier article que nous recommandons porte sur la compréhension du succès des procédures actuelles de cryopréservation pour conserver le cerveau et les souvenirs d'un être vivant. Publié en décembre 2020 par Canatelli-Mallat M, Lascaray F, Entraigues-Abramson M, et al "Cryopréservation of a human brain and its experimental correlate in rats" (Cryopréservation d'un cerveau humain et son corrélat expérimental chez le rat) révèle des résultats passionnants.

Comme indiqué dans l'article, l'idée que la cryopréservation humaine est "une tentative irréaliste ou même utopique a progressivement changé ces dernières années [4]". La NASA, par exemple, subventionne actuellement des projets de recherche sur l'animation suspendue. Cette technologie est considérée comme essentielle pour les voyages interstellaires ou même interplanétaires - et réalisable avec la quantité nécessaire d'investissements et de recherches.

Cette étude compare le cerveau cryopréservé d'une femme (qui a fait don de son corps à la science) aux cerveaux de trois groupes différents de cerveaux de rats, cryopréservés avec différentes solutions. Trois groupes de rats ont été perfusés soit avec un fixateur , mais non congelé (groupe de référence), soit avec la solution de vitrification VM1 (groupe témoin), soit avec la solution de cryoprotection utilisée chez la patiente (groupe expérimental). Après avoir été conservés à -80ºC, le cerveau de la femme et ceux des rats ont été décongelés. Les chercheurs n'ont trouvé aucune preuve histologique de la formation de glace. Dans le cas où de la glace se forme dans un cerveau cryopréservé et fond ensuite, les cristaux de glace laissent des cavités dans le tissu. Aucune cavité de ce type n'a été trouvée. De plus, ils ont comparé des neurones spécifiques - neurones NeuN, immunomarquage SYN de l'hippocampe, DCX de l'hippocampe et neurones dopaminergiques. Les procédures de cryoprotections n'ont pas eu d'impact négatif sur l'épaisseur de l'hippocampe ou du cortex (nécessaire à la mémorisation). Cependant, les neurones immatures (DCX positif) de l'hippocampe ont montré un impact défavorable.

En citant la discussion de l'article : Le résultat le plus encourageant de la présente étude est peut-être que la densité des synapses hippocampiques (zone immunoréactive SYN) n'a été affectée par aucun des protocoles de cryoprotection. Si des études futures montrent que la densité synaptique du cerveau n'est pas affectée par les procédures de cryoprotection, cela suggérerait que le connectome conserve une intégrité acceptable après vitrification, ce qui nous laisserait penser que les cerveaux cryopréservés conservent une proportion substantielle des informations présentes dans le système nerveux au moment de la mort[4].

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Conclusion

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La technologie médicale est encore loin de pouvoir traiter tous les aspects liés à la cryopréservation. Néanmoins, jour après jour, nous nous rapprochons d'une éventuelle réanimation. Grâce à la cryopréservation humaine, nous pourrions, dans un avenir (peut-être pas si lointain), traiter les maladies des gens et leur sauver la vie. C'est peut-être un long parcours, mais certainement pas un parcours impossible.

Rejoins notre communauté de cryogénisation et donne-toi une chance de prolonger ta vie dans le futur. Si tu as des questions au sujet de la biostase, n'hésite pas à planifier un appel avec nous. 

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Références

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[1] Bojic S, Murray A, Bentley BL, et al. Winter is coming : the future of cryopreservation. BMC Biol. 2021;19(1):56. Publié le 2021 mars 24. doi:10.1186/s12915-021-00976-8

[2] Taylor MJ, Weegman BP, Baicu SC, Giwa SE. New Approaches to Cryopreservation of Cells, Tissues, and Organs. Transfus Med Hemother. 2019;46(3):197-215. doi:10.1159/000499453

[3] Sharma A, Rao JS, Han Z, et al. Vitrification et nano-chauffage des reins. Adv Sci (Weinh). 2021;8(19):e2101691. doi:10.1002/advs.202101691

[4] Canatelli-Mallat M, Lascaray F, Entraigues-Abramson M, et al. Cryoconservation d'un cerveau humain et son corrélat expérimental chez le rat. Rejuvenation Res. 2020;23(6):516-525. doi:10.1089/rej.2019.2245