Voici un fait véritablement paradoxal concernant la manière dont nous conservons les patients aujourd’hui : la température qui rend la conservation peu coûteuse et fiable, à savoir -196 °C, est inférieure à celle qui protégerait le mieux les tissus. Nous ne refroidissons pas les patients à une température aussi basse parce que les lois de la physique l’exigent. Nous le faisons simplement parce que c’est la température à laquelle se trouve l’azote liquide, et c’est tout ce dont nous disposons. Cet article traite de l’écart entre ce qui est pratique et ce qui est optimal, ainsi que de la méthode de conservation expérimentale qui tente de le combler.
Tomorrow.bio cherche Tomorrow.bio à améliorer les techniques de conservation. Les premières étapes sont déjà bien rodées : les équipes SST mettent en œuvre la seule procédure professionnelle de cryoprotection sur le terrain applicable à l’ensemble du corps, des cryoprotecteurs de pointe limitent les dommages cellulaires pendant le refroidissement, et l’azote liquide offre un environnement de stockage très stable. Mais il est possible d’aller encore plus loin, et l’une des questions en suspens concerne la température de stockage elle-même.
Le problème, ce n'est pas le stockage, c'est le trajet jusqu'au lieu de stockage.
La plupart des personnes cryoconservées sont conservées dans de l'azote liquide à -196 °C. Cette méthode est peu coûteuse, durable, ne consomme pas d'électricité et est facile à entretenir, puisqu'il suffit de faire l'appoint environ une fois par semaine. Alors, où est le problème ?
Au cours de la cryoconservation, les patients entrent dans un état vitrifié, semblable à celui du verre, à environ -130 °C. Ils sont ensuite refroidis davantage jusqu’à -196 °C, la température naturelle de l’azote liquide, où leur température reste alors stable. Le problème ne réside pas dans le maintien à -196 °C, mais dans le passage de -130 °C à -196 °C.
Pour parler franchement, la cryoconservation à -196 °C n’offre pas de résultats significativement meilleurs qu’à -130 °C. L’azote liquide se trouve simplement à une température compatible avec la cryoconservation ; en réalité, il serait même plus pratique que sa température soit plus proche du point de transition vitreuse, tout en restant en dessous. Un refroidissement uniforme minimise les contraintes thermiques lorsque les tissus passent en dessous de la température de vitrification, et le fait de maintenir la température près de la transition vitreuse pendant un certain temps juste après la vitrification permet aux contraintes de se relâcher avant que le refroidissement ne se poursuive. En revanche, descendre jusqu’à -196 °C provoque la fracture des tissus. Ces fractures ne détruisent pas nécessairement les informations neuroanatomiques essentielles, mais elles compliquent la récupération future, ce qui en fait l’un des véritables défis techniques d’une conservation de haute qualité.
Pourquoi le refroidissement provoque-t-il des fissures dans le verre ?
Le mécanisme relève de la physique élémentaire. Les molécules vibrent, et cette vibration détermine un volume caractéristique à une température donnée ; lorsqu’on refroidit un objet, celui-ci se contracte. C’est ce qu’on appelle la contraction thermique. Lorsqu’un corps vitrifié refroidit, son intérieur, plus chaud, se refroidit et se contracte légèrement plus vite que son enveloppe externe. [1] L’intérieur et l’extérieur étant liés entre eux, ce décalage dans la contraction génère des contraintes. Au-delà d’un certain seuil, le solide vitreux libère cette contrainte de la seule manière dont un solide fragile en est capable : en se fracturant. C’est l’échelle qui détermine l’ampleur de ce phénomène. Quelques millilitres de tissu ou un seul embryon s’équilibrent suffisamment rapidement pour qu’aucun gradient significatif ne se forme ; ces échantillons atteignent donc -196 °C sans subir de dommages. Le corps humain présente un gradient s'étendant sur des dizaines de centimètres pendant des heures, ce qui explique pourquoi la fracture se produit à notre échelle et non en laboratoire. Plus on descend en température en dessous de la transition vitreuse, plus le décalage de contraction s'accumule.
Stockage à température intermédiaire : arrêter le refroidissement plus tôt
La solution découle directement du diagnostic. Si la plupart des fractures se produisent entre -130 °C et -196 °C, il suffit alors de refroidir lentement en passant par la transition vitreuse et d’arrêter plus tôt, en maintenant le patient plus près du point de vitrification. C’est exactement ce que permet le stockage à température intermédiaire (ITS), qui tire son nom d’une température de stockage située entre celle de la vitrification et celle de l’azote liquide, soit environ -140 °C. Les contraintes thermiques sont moindres lorsque le refroidissement au-delà de la transition vitreuse est interrompu plus tôt, et les données antérieures montrent que plus le refroidissement des tissus est rapide, plus le risque de lésions est élevé. [2] En théorie, l’ITS constitue la meilleure méthode de conservation.
Alors, pourquoi n'est-ce pas la norme ? Une analyse coûts-avantages honnête
En effet, une meilleure conservation n'est pas la seule variable en jeu, et c'est là que l'étalonnage l'emporte sur l'enthousiasme. L'ITS n'est généralement pas utilisé en dehors du domaine de la recherche, pour des raisons plus pratiques que théoriques, qui se cumulent :
- Une réserve d’azote bien moindre. Un dewars traditionnel à -196 °C est maintenu presque plein, avec plus de 1 000 litres, ce qui suffit à assurer la conservation pendant des mois avant qu’il ne se vide. Le remplissage hebdomadaire est une routine, pas une échéance. Un dewars ITS classique ne contient qu’environ 120 litres au fond, ce qui suffit tout au plus pour environ 5 jours à -140 °C. Une réserve moindre signifie une marge d’erreur réduite.
- Une consommation plus élevée, une capacité réduite. Les dewars ITS consomment environ deux fois plus d’azote liquide que leurs homologues plus froids. Leur capacité de stockage n’atteint par ailleurs qu’environ un tiers de celle de ces derniers. Une grande partie de l’espace intérieur doit rester vide, car il s’agit de l’espace de vapeur dans lequel le patient est installé. À l’instar des dewars standard, ils peuvent se recharger automatiquement, mais ils nécessitent davantage de ressources et des contrôles plus fréquents pour maintenir une température stable.
- D'autres risques de dérive. Le maintien d'une température intermédiaire précise est intrinsèquement plus difficile que de laisser un récipient à la température d'ébullition fixe de l'azote. Les fluctuations de température potentiellement dommageables sont plus probables, ce qui fait de l'ITS, tel qu'il est actuellement conçu, l'option la moins fiable et la moins sûre.
Ces inconvénients peuvent être résolus, mais leur résolution entraîne une forte augmentation des coûts de maintenance du stockage. Le secteur se trouve donc confronté à un véritable compromis. En principe, cette méthode réduit la fracturation. Dans la pratique, elle augmente actuellement le risque de variation de température. Une variation de température menace l’ensemble du patient, et non pas un seul plan de fracture. Pour l’instant, les dewars classiques à -196 °C s’imposent. Ils sont stables et disposent d’une énorme réserve d’azote. Sur une période d’un siècle, le critère qui importe le plus n’est pas le niveau de dommage théorique le plus faible, mais le risque le plus faible de défaillance catastrophique.
Le stockage à température intermédiaire sacrifie légèrement l'intégrité des tissus au profit d'une marge de sécurité réduite face aux catastrophes ; tant que cette marge n'est pas comblée, l'endroit le plus sûr pour un patient reste le froid profond, qui ne nécessite rien d'autre qu'un simple réapprovisionnement.