L'azote est l'élément le plus abondant dans l'atmosphère terrestre. Ce seul fait pourrait suffire à expliquer pourquoi nous utilisons l'azote liquide pour la cryopréservation. Mais bien sûr, il ne s'agit pas d'un simple "prélèvement" d'azote dans l'air. L'abondance seule ne suffit pas à faire d'un liquide de refroidissement un produit adapté à la conservation des patients de Tomorrow pour une durée indéterminée. Dans cet article, nous allons mettre en évidence ce qui fait réellement de l'azote, sous sa forme liquide, la meilleure option pour la biostase aujourd'hui.

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Comment fonctionne la cryopréservation ?

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Le processus de cryoprotection commence par un abaissement lent de la température centrale du corps à des niveaux inférieurs à la congélation. La température est alors inférieure à la "température de transition vitreuse", qui se situe à environ -130 °C, ce qui permet d'obtenir une vitrification. Des agents cryoprotecteurs sont utilisés pour protéger la structure cellulaire contre les risques tels que la formation de cristaux de glace. Grâce au refroidissement et au processus de cryopréservation, les métabolismes de base sont considérablement réduits, ce qui stoppe complètement l'activité biologique. Une fois vitrifié, le corps est en "pause biologique" complète, ce qui signifie que les patients peuvent être stockés dans cet état indéfiniment sans dégradation.

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À Tomorrow Bio, nous utilisons des températures de -196°C pour le stockage à long terme des patients cryopréservés (le stockage à température intermédiaire ou STI est en cours de développement), grâce à l'utilisation d'azote liquide.

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Qu'est-ce que l'azote liquide ?

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L'azote liquide est un gaz incolore, inodore et insipide dont le point d'ébullition est de -196°C et le point de congélation de -210°C. Il est produit à grande échelle dans les usines de séparation d'air. Il est produit à grande échelle dans les usines de séparation d'air. 

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L'air est divisé en ses composants primaires (principalement l'azote et l'oxygène) en le comprimant, le purifiant et finalement le refroidissant à une température proche de sa température de liquéfaction.

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Grâce à des récipients sous vide super isolés et pressurisés, ces composants fractionnés peuvent être stockés (pendant de nombreuses semaines) et transportés là où ils pourraient trouver un bon usage. L'azote liquide est notamment utilisé dans les entrepôts de cryopréservation à l'intérieur de Dewars de stockage cryogénique.

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Pourquoi l'azote liquide est-il utilisé pour la cryopréservation ?

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L'azote liquide est couramment utilisé pour refroidir des substances à des températures extrêmement basses. Heureusement, il possède également une température naturelle inférieure au point de transition vitreuse avec laquelle les procédures de cryopréservation peuvent fonctionner. 

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De plus, il est relativement bon marché, surtout comparé à des gaz similaires (par exemple le néon liquide). L'azote liquide pouvant être extrait de l'air ambiant, il s'agit également d'un gaz respectueux de l'environnement - un facteur important compte tenu de la longue durée de stockage qu'il est censé permettre. Cette substance est également exceptionnellement facile à conserver. Un seul lot de cette substance permet de maintenir les patients cryopréservés dans des conditions optimales pendant plus d'une semaine. Au sommet des Dewars, l'azote liquide s'évapore en permanence et se transforme en gaz. Pour contrer ce phénomène, l'installation de stockage est approvisionnée en azote liquide chaque semaine, de sorte qu'au bout d'une semaine, il suffit d'ajouter du nouvel azote liquide pour maintenir la température stable. 

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Dans le pire des cas, lorsque le remplissage est impossible pour une raison quelconque, il est capable de protéger le cerveau d'un patient pendant un mois sans problème. Cela est dû au fait que nos patients sont conservés à l'envers dans les Dewars, ce qui permet au cerveau de bénéficier de la meilleure protection possible. Dans le cas très improbable d'une décongélation accidentelle, le cerveau serait la toute dernière chose à être exposée.

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Grâce à une technologie de stockage avancée, nous sommes en mesure de conserver des stocks supplémentaires en réserve. Ainsi, même si la chaîne d'approvisionnement connaît des difficultés imprévues, nous sommes prêts.

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Comment l'azote liquide est-il utilisé ?

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Les dewars de stockage cryogénique pour corps entier sont remplis jusqu'en haut d'azote liquide, jusqu'à ce qu'il submerge entièrement le corps du patient. Le remplissage se fait comme nous l'avons mentionné précédemment.

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Dans les dewars STI moins courants, seul le fond est rempli de la substance. Cette approche permet de stocker le corps à une température plus élevée, ce qui réduit les risques de dommages thermiques. L'un des inconvénients de l'STI est toutefois qu'il doit être rempli plus fréquemment, environ une fois tous les quelques jours. 

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Le réapprovisionnement peut se faire automatiquement, mais il est généralement effectué à la main afin de ne pas dépendre de l'électricité. Cela réduit considérablement le coût global du stockage au fil du temps et rend l'entretien plus durable.

Options alternatives (et pourquoi elles ne sont pas utilisées)

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Malgré tous les éloges que nous avons faits de l'azote liquide jusqu'à présent, il n'est pas parfait. Tout d'abord, sa température et la température de transition vitreuse sont éloignées de plus de 60°C, soit environ -196°C et -130°C respectivement. La température naturelle de l'azote liquide est compatible avec les procédures cryogéniques et est la plus facile à maintenir, ce qui est un aspect essentiel de la raison pour laquelle nous l'utilisons. Cependant, l'idéal serait de rester aussi près que possible du point de transition vitreuse, afin d'éviter tout stress thermique dû à un refroidissement supplémentaire. Les systèmes de stockage STI tentent de résoudre ce problème, mais ils s'accompagnent de difficultés supplémentaires et de coûts additionnels.

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Il existe d'autres substances qui pourraient être utilisées à la place de l'azote liquide mais, pour une raison ou une autre, elles ne le sont pas. Jetons un coup d'œil à certaines d'entre elles :

Hydrogène liquide (LH2)

• Prix décent 
• Équipement coûteux nécessaire pour la manutention
• Point d'ébullition très bas de -252°C (rappelle-toi, nous ne voulons pas descendre trop bas en dessous de 130°C)
• S'évapore trop rapidement
• Hautement inflammable

Néon liquide (LNe)

• Complètement inerte (non affecté par d'autres produits chimiques)
• Trop froid (-246°C)
• Extrêmement cher ! (120 €+ par litre, voire plus)

Oxygène liquide (LO2, LOX)

• Bon marché
• Bon oxydant (peut brûler la plupart des matières organiques et aussi les métaux, toi et toute l'installation)

Hélium liquide (LHe)

• Peut geler à de très basses pressions
• La substance la plus inerte connue
• Température encore plus basse (-269°C)
• Dewars spéciaux nécessaires
• S'évapore très facilement
• On prévoit qu'ils seront épuisés dans quelques décennies.

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Toutes ces options sont soit trop chères, soit trop froides, soit trop dangereuses pour avoir un sens. En comparaison, l'azote liquide les surpasse toutes.

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Désolé de vous interrompre... mais nous avons un contenu plus intéressant.

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Conclusion

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L'azote liquide reste la meilleure option pour le moment. Tant que l'on ne découvre pas de nouvelle substance fonctionnant exceptionnellement bien pour les procédures de cryopréservation, il est plus probable que les nouvelles techniques et technologies utilisant l'azote liquide améliorent plutôt la qualité du stockage (comme l'STI).

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C'est le moyen le moins cher et le plus durable de maintenir la biostase pour les humains que nous connaissons. D'autres options existent, mais elles n'ont pas beaucoup de sens par rapport à l'azote liquide. Si l'on regarde vers l'avenir, nous verrons très probablement ce réfrigérant naturel utilisé pour la cryopréservation pendant longtemps.

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