Les procédures de cryopréservation (tant pour les êtres humains que pour d'autres matériaux biologiques) s'améliorent au fil du temps, à mesure que les scientifiques et les chercheurs développent de nouvelles technologies. C'est le cas depuis les débuts de la cryogénisation dans les années 1960. La mise en œuvre la plus efficace à ce jour a probablement été le passage de la congélation pure et simple à la vitrification avec perfusion de cryoprotection.

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Dans cet article, nous examinons quand et comment la vitrification est devenue une partie de la procédure de cryopréservation et comment elle a évolué au fil du temps.

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Qu'est-ce que la vitrification ?

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La vitrification est la transformation d'une substance dans un état semblable au verre. En cryogénisation, on y parvient en suivant plusieurs étapes :

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Tout d'abord, le patient est stabilisé par un refroidissement externe, une assistance cardio-pulmonaire (CPS) et des médicaments. Ensuite, le sang est retiré du corps et un type d'antigel de qualité médicale, appelé solution cryoprotectrice, est perfusé dans le corps. Le corps est ensuite progressivement refroidi jusqu'à ce que le patient atteigne une température d'environ -130°C. C'est à ce moment-là que le patient passe dans ce que l'on appelle la chambre froide. C'est à ce moment-là qu'il passe la température dite de transition vitreuse et qu'il est vitrifié. Ensuite, le patient est encore refroidi jusqu'à la température de l'azote liquide (-196°C) pour le stockage à long terme (ou jusqu'à environ -140°C dans le cas du stockage à température intermédiaire).

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Quand la vitrification a-t-elle été introduite pour la première fois dans la cryoconservation ?

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Dans les premières années de la cryogénie, dans les années 1960 et 1970, la vitrification n'existait pas. En fait, la première fois qu'elle a été envisagée, c'était en 1984, lorsque le cryobiologiste Gregory Fahy a proposé la vitrification comme approche de la cryoconservation.

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La vitrification avait déjà été observée en cryobiologie, lorsque l'eau refroidissait trop rapidement pour former des cristaux de glace. Pourtant, un refroidissement rapide n'était pas envisageable pour la cryogénie, car il entraînerait un choc thermique. Cependant, Fahy avait une idée sur la manière d'appliquer ces connaissances aux pratiques modernes de cryoconservation. Il a proposé d'administrer des cryoprotecteurs qui abaisseraient le point de congélation de l'eau à l'intérieur du corps à un niveau inférieur à la température de transition vitreuse. Ce faisant, il était possible de minimiser la formation de cristaux de glace tout au long du processus de refroidissement.

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L'évolution de la vitrification dans le domaine de la cryoconservation

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Il n'est pas surprenant que les premières tentatives de cryoconservation par vitrification, bien que généralement réussies, n'aient pas été parfaites. Lorsque les scientifiques ont commencé à mieux comprendre les effets des cryoprotecteurs et de la vitrification sur le corps humain, ils ont commencé à adapter leurs méthodes. Cette adaptation peut être résumée en six "générations" qui ont montré une augmentation progressive de la qualité de la cryoprotection.

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Génération 1

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La première vitrification, la plus simple, a été réalisée en administrant un seul agent cryoprotecteur à l'intérieur d'une solution porteuse. Cette approche a certainement fait le travail, mais elle s'est avérée moins utile et plus nocive que prévu.

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Génération 2

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On a ensuite découvert qu'il était possible d'obtenir un mélange moins toxique avec une concentration totale de cryoprotecteur plus élevée en combinant le DMSO avec des amides tels que l'acétamide ou le formamide, et en ajoutant du propylène glycol. C'est ainsi qu'est née la solution de vitrification VS41A (alias VS55), qui a permis la vitrification la plus avancée du milieu des années 1990.

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Génération 3

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D'autres recherches menées par Fahy ont permis de découvrir que la toxicité des cryoprotecteurs était corrélée au nombre de molécules d'eau par groupe polaire de cryoprotecteur. Ces nouvelles connaissances ont été appliquées en remplaçant le propylène glycol dans le VS41A par de l'éthylène glycol, générant ainsi la solution de vitrification dite Veg.

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Génération 4

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L'étape suivante dans l'amélioration de la qualité de la cryoconservation a été l'ajout de polymères. Leur ajout aux solutions cryoprotectrices a permis de réduire davantage la toxicité en diminuant la concentration de cryoprotecteurs pénétrants nécessaire pour obtenir la vitrification.

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Génération 5

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L'ajout de polymères spécifiques s'est poursuivi dans la 5e génération de procédures de vitrification, les polymères bloquant la glace étant capables de réduire encore davantage la concentration de tous les cryoprotecteurs nécessaires pour atteindre la vitrification. La solution la plus connue de cette génération est le VM3.

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Génération 6

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La dernière découverte majeure concernant la vitrification a trait aux lésions dues au froid. Ce type de dommage est causé par le passage dans certaines plages de températures inférieures à zéro, ce qui est problématique pour la cryogénie dans son ensemble. Les chercheurs ont découvert que ce type de lésions pouvait être évité en augmentant la tonicité des composants non pénétrants des solutions de vitrification. VM1 et M22, les cryoprotecteurs actuellement utilisés par les principales entreprises de cryoconservation humaine, sont de cette génération.

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La vitrification aujourd'hui

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Grâce aux recherches exceptionnelles menées par des experts en cryobiologie, la vitrification des valves cardiaques, des tissus vasculaires, du cartilage, de la cornée, du sperme humain et d'autres encore a été démontrée avec succès. Les globules rouges peuvent être facilement cryopréservés en vue d'une future transfusion sanguine et le sperme préservé est fréquemment utilisé pour la fécondation artificielle.

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En outre, la vitrification s'est révélée efficace pour la préservation de tranches de tissus, y compris de tranches de cerveau, et pour la préservation histologique de systèmes plus importants. Néanmoins, la recherche sur la vitrification est loin d'être terminée à ce stade. Les futures générations de solutions cryoprotectrices devront trouver une réponse à leur toxicité inhérente et à d'autres problèmes qui doivent encore être résolus. 

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L'élimination de la toxicité de l'équation pourrait avoir un impact majeur sur la préservation des organes, un autre domaine dans lequel la cryoconservation est actuellement testée. En outre, la sortie de la biostase pourrait être facilitée par des avancées de ce type.

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Cryoprotection Perfusion avec Tomorrow Bio

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Actuellement, Tomorrow Bio et Cryonics Institute utilisent une version optimisée en interne de l'agent VM1, qui s'est avéré être l'une des solutions de vitrification les moins toxiques lors d'essais en laboratoire. Toutefois, des améliorations peuvent encore être apportées, et de nombreux scientifiques se sont fixé pour objectif de les trouver.

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Un laboratoire appelé Advanced Neural Bioscience (ANB) travaille d'arrache-pied à la découverte de solutions plus efficaces pour la cryoconservation. Tomorrow BioL'initiative R&D de la Commission européenne fait également partie de celles qui tentent de faire avancer le domaine de la cryogénisation et de trouver des solutions aux obstacles qui se dressent actuellement sur la voie d'une future renaissance de la biostase. 

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Grâce à nos membres et au généreux financement de Tomorrow Fellows, nous sommes en mesure non seulement de fournir un service de cryoconservation de pointe, mais aussi d'en améliorer la qualité au fil du temps.

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Conclusion

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La vitrification s'est révélée incroyablement efficace en matière de cryoconservation et fait l'objet de nombreuses recherches grâce à son utilisation dans d'autres domaines médicaux tels que la préservation des organes et du sang.

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Au fil du temps et des recherches menées par les scientifiques, de nouvelles améliorations seront certainement découvertes. Enfin, de nouvelles technologies pourraient permettre de nouvelles procédures. Lorsque cela se produira, Tomorrow Bio évaluera ces nouvelles découvertes et les appliquera éventuellement à son propre processus de cryoconservation.

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