Évolution des techniques de vitrification au fil du temps

Il est tentant de considérer la solution cryoprotectrice comme une donnée immuable, une recette unique et ingénieuse qui rend la vitrification possible. Il n’en est rien. L’antigel médical utilisé aujourd’hui est le dernier survivant d’environ quarante ans d’itérations, une lignée de solutions dont chaque génération avait pour but de corriger une faille spécifique et identifiée de la génération précédente. Se plonger dans cette histoire est le meilleur moyen de comprendre pourquoi les solutions actuelles se présentent sous cette forme, et pourquoi personne ne prétend qu’elles constituent le dernier mot en la matière.

Le fil conducteur de toute cette histoire est un dilemme. Pour procéder à la vitrification, il faut une concentration suffisamment élevée de cryoprotecteur afin d’empêcher la formation de glace. Or, les cryoprotecteurs sont toxiques, et plus on en utilise, plus on empoisonne le tissu que l’on cherche à préserver. Chaque génération de cette lignée représente une nouvelle tentative pour bénéficier de l’effet anti-glace sans en payer le prix fort en termes de toxicité.

1984 : Fahy propose la vitrification

Ce saut conceptuel est l’œuvre du cryobiologiste Greg Fahy, qui a proposé en 1984 d’utiliser la vitrification, plutôt que la congélation contrôlée, pour la cryoconservation. L’idée était d’abandonner complètement la bataille perdue d’avance contre les cristaux de glace. Au lieu d’essayer de congeler les tissus avec suffisamment de douceur pour que les cristaux restent petits, il s’agissait de les imprégner d’une quantité suffisante de cryoprotecteur et de les refroidir assez rapidement pour que l’eau ne cristallise jamais, mais se transforme plutôt en verre. C’est cette distinction qui reste au cœur du domaine, explorée à travers la différence entre la congélation et la vitrification. Cette proposition a recadré le problème, le faisant passer de « comment rendre la glace inoffensive » à « comment éviter la glace tout en tirant parti de la chimie qui nous le permet », et c’est sur cette chimie que portent les travaux depuis lors.

Les générations, chacune corrigeant les erreurs de la précédente

Ce qui a suivi, c'est une évolution que l'on peut suivre comme un journal des modifications, chaque version corrigeant un défaut.

• Les premiers mélanges à agent unique. Les premières tentatives reposaient largement sur un seul cryoprotecteur. Elles permettaient de vitrifier de petits échantillons, mais s'avéraient trop toxiques aux concentrations nécessaires pour des tissus de plus grande taille.
• Le DMSO associé à des amides et au propylène glycol. La combinaison de ces agents permet à chacun d'entre eux de remplir une partie de la tâche à une dose plus faible et moins toxique. Les solutions à base de DMSO associées à des amides tels que l'acétamide ou le formamide, ainsi qu'au propylène glycol, ont constitué une véritable avancée. Les formulations de cette famille, notamment celles connues sous les noms de VS41A et VS55, ont permis de vitrifier des volumes importants de tissus.
• L'éthylène glycol à la place du propylène glycol. Le propylène glycol présentait en effet ses propres problèmes de toxicité et de refroidissement. Son remplacement par l'éthylène glycol a permis de réduire ces problèmes tout en conservant le pouvoir antigel.
• Ajout de polymères. De grosses molécules de polymères ont été introduites pour aider à stabiliser le verre et à empêcher la formation de givre, sans avoir à ajouter davantage de petits agents toxiques.
• Molécules anti-formation de glace. Des molécules spécialisées qui interfèrent directement avec la nucléation de la glace permettent d'obtenir la même vitrification à des concentrations totales plus faibles, ce qui garantit là encore une résistance à la formation de glace sans toxicité supplémentaire.
• Augmentation de la tonicité des composants non pénétrants. Une modification subtile mais importante. L'augmentation de la tonicité des parties de la solution qui ne pénètrent pas dans les cellules a permis de lutter contre les lésions dues au froid, une forme de dommage induit par le froid distincte de la formation de glace, améliorant ainsi la tolérance des tissus au froid intense.

Aucune de ces avancées ne constituait à elle seule une révolution. C'est leur combinaison qui explique pourquoi un cryoprotecteur moderne permet aujourd'hui de vitrifier des tissus volumineux à des concentrations auxquelles les solutions antérieures n'auraient pas pu résister.

Les solutions actuelles destinées à un usage humain : VM1 et M22

Cette lignée aboutit aux deux solutions utilisées aujourd’hui pour la cryoconservation humaine. La solution VM1 est utilisée par Tomorrow.bio le Cryonics Institute; la solution M22 est utilisée par Alcor. Toutes deux sont les descendantes directes de la lignée de Fahy et intègrent les enseignements durement acquis mentionnés ci-dessus : des mélanges à plusieurs agents pour répartir la charge toxique, des molécules bloquant la formation de glace et un ajustement minutieux des composants non pénétrants. Elles ne sont pas interchangeables, et les différences entre les solutions proposées par les prestataires expliquent en partie pourquoi le choix d’un prestataire est une véritable décision et non une simple formalité.

Un outil mérite d'être mentionné, car il illustre l'évolution de ce domaine. Auparavant, le développement de ces solutions impliquait de tester la toxicité par essais et erreurs, une méthode coûteuse et lente qui menait souvent à l’échec. L’introduction d’un indicateur de prédiction de la toxicité, souvent désigné par le sigle qv*, a permis aux chercheurs d’estimer à l’avance la toxicité d’une solution candidate et de s’orienter vers des formulations moins nocives avant même de tester le produit sur des tissus. Transformer la toxicité, qui était auparavant une surprise, en un chiffre que l’on peut optimiser, c’est exactement le genre de maturation qui fait progresser un domaine, et c’est cette même dynamique qui est à l’origine des avancées plus générales de ce domaine.

La preuve que cela fonctionne au-delà de la cryogénisation

On serait en droit de se demander si toute cette lignée préserve réellement quelque chose, ou si elle ne fait que donner une impression de rigueur. La réponse rassurante est que la vitrification a été mise en œuvre sur de véritables tissus en dehors du contexte de la cryogénie. Des échantillons vitrifiés puis réchauffés de valves cardiaques, de cornées, de vaisseaux sanguins et de coupes cérébrales ont conservé leur structure et, dans certains cas, leur fonction. Il ne s’agit pas d’êtres humains entiers, et l’honnêteté exige de reconnaître que passer d’une coupe à un corps reste difficile, un point clairement mis en évidence par les défis techniques liés à une conservation de haute qualité. Mais ces résultats établissent que le principe fondamental – remplacer l’eau par un antigel et transformer le tout en verre – préserve véritablement la structure biologique intacte.

La première personne, et ce que l'histoire laisse entendre

Ce tournant pour l'humanité s'est produit en 2000, lorsque FM-2030, penseur futuriste et transhumaniste, est devenu la première personne à subir une vitrification plutôt qu'une cryoconservation classique. Cet événement s'inscrit dans une évolution plus longue, retracée dans une brève histoire de la cryogénisation, et il marque le moment où la chimie évoquée plus haut a cessé d'être un simple exercice de laboratoire pour commencer à être appliquée à des êtres humains.

C'est la leçon profonde de cette histoire qu'il convient de retenir. Les solutions se sont améliorées de génération en génération, chacune corrigeant une faille précise, ce qui signifie que les solutions actuelles ne constituent pas un produit fini imposé d'en haut. Elles représentent la meilleure version actuelle d'une recette qui ne cesse de s'améliorer depuis quarante ans, et il n'y a aucune raison de penser que VM1 et M22 marquent la fin de cette évolution.

L'antigel médical qui vitrifie aujourd'hui une personne n'est pas une invention, mais le fruit d'une longue lignée, chaque génération corrigeant la toxicité ou la glace qui avait eu raison de la précédente.

C'est une situation à la fois qui incite à l'humilité et qui est encourageante. Elle incite à l'humilité, car cela signifie que les solutions actuelles sont, par nature, imparfaites. Elle est encourageante, car une méthode qui n'a cessé de s'améliorer depuis quatre décennies est précisément le genre de chose qui continue à s'améliorer, et chaque amélioration augmente les chances de survie des personnes qui en bénéficient.

Pour en savoir plus

• L'antigel médical, également appelé cryoprotecteur
• La différence entre la congélation et la vitrification
• Brève histoire de la cryogénie
• Faire progresser la discipline