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Récemment, une nouvelle classe de solvants a été testée pour la cryopréservation des cellules de mammifères.
La cryoconservation est le processus de préservation des cellules, des tissus et d'autres matériaux biologiques en les refroidissant à des températures très basses. Au cours de ce processus, il est essentiel d'éviter la formation de cristaux de glace, qui détruisent les membranes cellulaires et les rendent invivables. Afin de réduire le risque de formation de cristaux de glace, on utilise des agents cryoprotecteurs.
Les cryoprotecteurs, également connus sous le nom d'agents cryoprotecteurs ou CPA, sont un type d'antigel de qualité médicale introduit par un processus appelé perfusion. Ils protègent contre la formation de glace et conduisent à la vitrification, qui est la transformation d'une substance en un état amorphe semblable à du verre. Actuellement, la cryoconservation est utilisée avec succès pour le stockage des cellules souches, la technologie de reproduction assistée et même pour la préservation de certains animaux, plantes et semences [4]. Parmi les ACP les plus utilisés aujourd'hui figurent le diméthylsulfoxyde (DMSO) et l'éthylène glycol.
Malheureusement, ces deux agents sont toxiques dans une certaine mesure, de sorte qu'il faudrait réparer des dommages supplémentaires avant de réchauffer des organismes cellulaires complexes. Leur toxicité exige également qu'ils soient administrés à des températures proches du point de congélation.
C'est l'une des raisons pour lesquelles la cryopréservation ne peut pas encore être utilisée pour la conservation et le don d'organes, ni la réanimation. Pourtant, 60 % des cœurs et des poumons de donneurs ne sont pas utilisés ou transplantés, en partie parce qu'ils dépassent leur durée maximale de conservation en hypothermie, et ce gaspillage pourrait être surmonté par la cryopréservation [1]. L'un des principaux obstacles à cette démarche est le temps insuffisant dont disposent les ACP pour pénétrer dans les cellules avant leur toxicité.
De nouvelles recherches passionnantes ont été publiées récemment dans le Journal of Materials Chemistry B démontrent le potentiel d'efficacité accrue des nouveaux cryoprotecteurs dans le domaine des greffes d'organes. Le chercheur principal, le Dr Saffron Bryant, et son équipe de l'université RMIT ont découvert que l'utilisation de solvants eutectiques profonds comme cryoprotecteurs réduisait la toxicité et améliorait les résultats des solutions cryoprotectrices sur la viabilité cellulaire après le dégel. C'est l'une des premières et uniques fois que cette classe de solvants a été systématiquement testée pour la cryoconservation de cellules de mammifères [4].
Les solvants eutectiques profonds (SEP) sont des mélanges de donneurs et d'accepteurs de liaisons hydrogène qui ont des points de fusion beaucoup plus bas que les composants individuels [2][3]. Ils combinent des agents cryoprotecteurs déjà étudiés avec d'autres composants organiques pour modifier les structures et la réactivité des cellules. Cela permet d'affiner considérablement les structures chimiques pour des applications uniques sans risque de toxicité.
Dans cette étude, six SEP ont été étudiés pour leur capacité de cryoprotection des cellules de mammifères. Ils comprenaient différents ratios de mélanges de galactose (Gal) ou de glycérol (Gly) avec du chlorure de choline (ChCl), de la bétaïne (Bet) ou de la proline (Prol) [4]. Ils ont été testés pour leur toxicité, leur comportement thermique, leur transition vitreuse et, finalement, leur capacité de cryoprotection de quatre types différents de cellules humaines, y compris des cellules de la peau et du cerveau [4].
Les résultats ont montré que la combinaison de proline et de glycérol (Prol-Gly) était presque aussi efficace que le DMSO sans réduction significative de la viabilité cellulaire après la congélation, même avec une incubation prolongée avant la congélation [4].
Leurs résultats soutiennent la pratique actuelle consistant à combiner des agents cryoprotecteurs. Ces résultats soulignent en outre l'importance d'utiliser des systèmes multicomposants pour réduire la toxicité et améliorer la viabilité à long terme de la cryopréservation plutôt que des agents cryoprotecteurs uniques.
Il s'agit encore d'une application potentiellement nouvelle et des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que des solvants eutectiques profonds puissent être utilisés pour la cryoconservation de tissus et d'organes. Cette étude donne cependant un aperçu du potentiel de milliers d'agents cryoprotecteurs potentiellement nouveaux, qui pourraient éventuellement déboucher sur des technologies et des processus améliorés susceptibles de révolutionner notre vision de la biostase.
Plus précisément, ces résultats pourraient conduire au développement de nouveaux agents cryoprotecteurs qui pourraient être adaptés pour cibler des types de cellules spécifiques [4]. En temps utile, cela pourrait déboucher sur une conservation efficace des organes, voire sur de nouvelles avancées dans le domaine de la cryopréservation et du renouveau.
Cette recherche ne fait que commencer à explorer l'effet des nouvelles APC sur les cellules individuelles. Lorsque l'on considère l'organe (ou l'organisme) dans son ensemble, le processus devient beaucoup plus compliqué. Cette application n'est peut-être pas adaptée à la cryopréservation humaine, car les nouveaux cryoprotecteurs identifiés dans l'étude semblent avoir un faible taux de pénétration (APC non pénétrant) par rapport aux APC actuellement utilisés. Cependant, les résultats fournissent des implications passionnantes concernant l'avenir de la recherche et du développement de lacryogénisation.
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[1] Manuchehrabadi, N., Gao, Z., Zhang, J., Ring, H. L., Shao, Q., Liu, F., McDermott, M., Fok, A., Rabin, Y., Brockbank, K. G. M., Garwood, M., Haynes, C. L., & Bischof, J. C. (2017, March 1). Improved tissue cryopreservation using inductive heating of magnetic nanoparticles. Science translational medicine. Retrieved July 13, 2022, from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5470364/
[2] Abbott, A. P., Capper, G., Davies, D. L., Rasheed, R. K., & Tambyrajah, V. (2002, November 26). Novel solvent properties of choline chloride/urea mixtures. Chemical Communications. Retrieved July 13, 2022, from https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2003/cc/b210714g
[3] Bryant, S. J., Christofferson, A. J., Greaves, T. L., McConville, C. F., Bryant, G., & Elbourne, A. (2021, October 29). Bulk and interfacial nanostructure and properties in deep eutectic solvents: Current perspectives and Future Directions. Journal of Colloid and Interface Science. Retrieved July 13, 2022, from https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0021979721018415?via%3Dihub
[4] Bryant, S. J., Awad, M. N., Elbourne, A., Christofferson, A. J., Martin, A. V., Meftahi, N., Drummond, C. J., Greaves, T. L., & Bryant, G. (2022, May 31). Deep eutectic solvents as cryoprotective agents for mammalian cells. Journal of Materials Chemistry B. Retrieved July 13, 2022, from https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/TB/D2TB00573E
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