Si l'objectif de la vitrification est de transformer un organisme en verre stable plutôt qu'en glace destructrice, alors les cryoprotecteurs sont la clé qui rend cela physiquement possible. Il s'agit, presque littéralement, d'un antigel médical. Et comme bon nombre des outils les plus importants dans ce domaine, ils s'accompagnent d'un compromis de taille. C’est autour de ce compromis que s’articule l’ensemble de la procédure. Ce qui protège les tissus de la formation de glace leur est également toxique à une dose inadaptée. Comprendre les cryoprotecteurs, c’est comprendre comment cette tension est gérée.
Pourquoi il faut mettre un terme à l'« ice », par tous les moyens
Commençons par l’ennemi. Lorsque l’eau gèle à l’intérieur d’un organisme, elle provoque deux types de dommages simultanés. Le premier est mécanique : à mesure que les cristaux de glace se développent, ils écrasent les cellules qui les entourent, les réduisant à d’étroits canaux de liquide non gelé, ce qui déforme les structures fines à l’intérieur. Le second est de nature chimique : à mesure que l’eau pure gèle, tout ce qui y était dissous se retrouve concentré dans le liquide restant, dont le volume diminue, ce qui entraîne une concentration des sels et des solutés jusqu’à ce que cette poche de liquide devienne toxique. Chacun de ces effets pris isolément serait déjà grave. Ensemble, ils font de la simple congélation un moyen fiable de détruire les structures mêmes qui définissent qui vous êtes.
Les cryoprotecteurs ont pour but d'empêcher la formation de glace dès le départ. Au lieu de geler, le tissu passe à l'état vitreux, et sa structure reste intacte.
Que sont réellement les cryoprotecteurs ?
Un agent cryoprotecteur fonctionne un peu comme l'antigel que l'on met dans le radiateur d'une voiture : il se dissout dans l'eau et abaisse la température à laquelle cette eau se cristalliserait autrement. Les versions de qualité médicale utilisées en cryogénie, telles que le glycérol, l'éthylène glycol, le propylène glycol et le diméthylsulfoxyde (DMSO), sont sélectionnées et mélangées précisément dans ce but. Elles se répartissent en deux familles qui agissent en synergie :
- Les agents pénétrants traversent la membrane cellulaire et empêchent la formation de glace à l'intérieur de la cellule.
- Les agents non pénétrants restent à l'extérieur de la cellule et empêchent la formation de glace dans les espaces intercellulaires, où celle-ci a tendance à apparaître en premier. Les agents pénétrants traversent la membrane cellulaire et remplacent une grande partie de l'eau contenue à l'intérieur, empêchant ainsi la formation de glace au sein même de la cellule.
Ils sont utilisés conjointement pour une raison qui s'avère essentielle. Étant donné que les agents non pénétrants agissent sur l'espace extérieur aux cellules, plus accessible et plus sujet à la formation de glace, les agents pénétrants n'ont pas besoin d'atteindre des concentrations aussi élevées à l'intérieur de celles-ci. Et la concentration, comme nous allons le voir, est au cœur du problème.
Le compromis en matière de toxicité : voilà où réside le véritable enjeu
C'est là tout le dilemme qui caractérise le domaine de la cryoprotection. Pour obtenir une vitrification fiable, il faut remplacer une grande partie de l'eau contenue dans l'organisme par un cryoprotecteur. Or, plus la concentration est élevée, plus l'agent devient toxique pour les tissus. Si l'on en utilise trop peu, on obtient de la glace ; si l'on en utilise trop, on provoque des lésions chimiques. Tout l'art consiste à trouver le juste milieu entre ces deux extrêmes.
Deux facteurs permettent de trouver le juste équilibre. Premièrement, la toxicité dépend fortement de la température : un agent qui endommagerait les tissus à chaud est bien moins agressif à froid. Les cryoprotecteurs sont donc introduits progressivement, à des concentrations croissantes, tandis que le corps est simultanément refroidi, ce qui permet de maintenir la toxicité à un faible niveau à chaque étape. Deuxièmement, les bonnes combinaisons d’agents peuvent réduire la toxicité totale du mélange en dessous de celle que provoquerait n’importe quel agent seul à pleine dose. Trouver le bon mélange est un sujet de recherche actif, et son amélioration constitue l’un des leviers concrets permettant d’optimiser la qualité de la réanimation à l’avenir.
Les solutions elles-mêmes ne cessent de s'améliorer
Le cryoprotecteur utilisé aujourd’hui n’est pas un simple produit chimique, mais un mélange soigneusement équilibré, fruit de plusieurs décennies d’itérations. Le cryobiologiste Greg Fahy a mis au point ses solutions de vitrification par étapes successives. Chacune corrigeait une faille de la précédente. Les premiers mélanges à agent unique ont cédé la place à des combinaisons de DMSO avec des amides et du propylène glycol. L’éthylène glycol a ensuite remplacé les composants les plus toxiques. Viennent ensuite les molécules anti-cristallisation, qui empêchent la cristallisation à des concentrations plus faibles. La dernière étape a consisté à ajuster l’équilibre des composants non pénétrants afin de contrer les lésions dues au refroidissement. Les agents actuellement utilisés chez l’homme se situent au bout de cette chaîne. Tomorrow.bio le Cryonics Institute une version optimisée d’une solution appelée VM1. Elle est composée à parts à peu près égales de diméthylsulfoxyde et d’éthylène glycol. Alcor utilise une solution appelée M22. Ces deux solutions représentent des compromis différents entre coût et documentation. La VM1 est nettement moins chère à l’unité. Les chercheurs disposent même d’une mesure prédictive de la toxicité, notée qv*, qui aide à concevoir des mélanges permettant une vitrification fiable tout en causant le moins de dommages possible. Le fait est que « le cryoprotecteur » n’est pas une entité figée, mais une frontière en constante évolution, et que chaque amélioration augmente directement la fidélité de la préservation, ce qui constitue le moteur des progrès dans ce domaine.
Le problème non résolu que personne ne cache
Il y a toutefois un autre aspect à prendre en compte. À des températures cryogéniques, les cryoprotecteurs ne sont absolument pas toxiques, car aucune réaction ne se produit ; tout est en suspens. La toxicité est un problème lié au réchauffement. Lors du retour à température normale, ces agents devraient être éliminés rapidement et proprement pour éviter d’endommager les tissus. Réussir cette opération constituera un défi pour la médecine du futur chargée de la réanimation. Ce n’est pas un problème qui peut être résolu aujourd’hui. Nous le disons sans détour, car la réanimation n’est actuellement pas possible et prétendre le contraire serait malhonnête. Le pari est qu’une civilisation capable de remédier à la cause initiale du décès pourra également gérer un réchauffement contrôlé, et que la structure préservée lui offrira une base sur laquelle il vaudra la peine de travailler.
Les cryoprotecteurs constituent le compromis au cœur de la cryogénisation : juste assez d’antigel médical pour empêcher la formation de glace, administré suffisamment lentement et à une température suffisamment basse pour rester en dessous du seuil où le remède devient un danger.
C'est précisément sur cet équilibre entre une plus grande quantité d'antigel et une toxicité moindre que se concentrent une grande partie des recherches menées actuellement chez Tomorrow.bio ailleurs. Chaque amélioration apportée au mélange se traduit par une amélioration directe de la capacité de la structure d'une personne à résister au passage à -196 °C.