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Comment la cryopréservation est-elle utilisée aujourd'hui ?

Explore les applications actuelles de la cryopréservation.
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22 juillet 2022

Et si tu pouvais choisir la durĂ©e de ta vie ? L'objectif de la cryoprĂ©servation humaine est de prĂ©server les patients pour l'avenir et de leur donner une chance (!) d'ĂȘtre rĂ©animĂ©s lorsque la technologie mĂ©dicale aura suffisamment progressĂ© pour les traiter. Pour mieux comprendre le processus en question, cet article dĂ©finit ce qu'est la cryoprĂ©servation et comment elle est utilisĂ©e actuellement. 

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Qu'est-ce que la cryopréservation ? 

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La cryopréservation est le processus qui consiste à préserver des cellules, des tissus et d'autres matériaux biologiques en abaissant la température centrale à des degrés inférieurs au point de congélation (généralement à -196°C) sans formation de glace. Cela réduit le taux métabolique à un point tel que l'activité biologique est complÚtement interrompue. Le réfrigérant le plus courant pour la cryopréservation est l'azote liquide, dont la température d'ébullition naturelle est de -196°C. Les agents cryoprotecteurs et la vitrification permettent de préserver les cellules pratiquement indéfiniment. 

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Les agents cryoprotecteurs (APC) sont un type d'antigel de qualitĂ© mĂ©dicale qui contribue Ă  rĂ©duire la formation de cristaux de glace. La vitrification est la transformation d'une substance en un Ă©tat amorphe semblable au verre. Cela se produit lorsque les cellules passent la tempĂ©rature de transition vitreuse de -125°C, par exemple, oĂč elles sont solides mais pas gelĂ©es. C'est l'une des derniĂšres Ă©tapes de la procĂ©dure de cryoprĂ©servation. C'est le moment oĂč tous les processus biologiques s'arrĂȘtent, permettant aux cellules d'ĂȘtre prĂ©servĂ©es indĂ©finiment sans dĂ©gradation ni dommage.  

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Scientifiques travaillant dans une banque d'azote liquide avec la suspension de cellules souches

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Les applications actuelles de la cryopréservation

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Bien que la recherche mĂ©dicale soit en constante progression, il n'est pas encore possible de faire revivre un ĂȘtre humain aprĂšs qu'il ait Ă©tĂ© cryoprĂ©servĂ©. Cependant, il existe plusieurs cellules et tissus qui ont Ă©tĂ© cryoprĂ©servĂ©s et rĂ©chauffĂ©s avec succĂšs. Il s'agit notamment des embryons humains prĂ©coces, du sperme, des ovules, de la peau, des os, des globules rouges et blancs, de la moelle osseuse, etc. Un rein de lapin entier a mĂȘme Ă©tĂ© vitrifiĂ©, cryoprĂ©servĂ©, rĂ©chauffĂ© et transplantĂ© dans un lapin oĂč il a dĂ©montrĂ© une rĂ©cupĂ©ration fonctionnelle complĂšte. Nous allons explorer ci-dessous d'autres applications actuelles de la cryoprĂ©servation.  

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Cryopréservation des spermatozoïdes 

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La premiĂšre prĂ©servation rĂ©ussie de cellules de mammifĂšres a eu lieu par hasard en 1949, lorsque Christopher Polge et ses collĂšgues (Smith et Parks) ont Ă©tudiĂ© l'effet du glycĂ©rol sur la mobilitĂ© du sperme de coq. Polge utilisait de l'azote liquide pour congeler les Ă©chantillons de contrĂŽle dans son laboratoire, mais un jour, il a accidentellement ajoutĂ© l'azote liquide Ă  un Ă©chantillon de sperme qui contenait du glycĂ©rol. Lorsqu'il a rĂ©chauffĂ© l'Ă©chantillon, il a remarquĂ© que le sperme de coq avait retrouvĂ© sa mobilitĂ©, dĂ©couvrant ainsi que le sperme pouvait ĂȘtre cryoprĂ©servĂ© sans mort cellulaire.  

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Cette dĂ©couverte a donnĂ© lieu Ă  plusieurs Ă©tudes approfondies sur la cryoprĂ©servation du sperme, qui ont dĂ©bouchĂ© sur les techniques utilisĂ©es aujourd'hui dans les banques de sperme ou la congĂ©lation du sperme. Le sperme peut ĂȘtre stockĂ© indĂ©finiment par cryogĂ©nie et utilisĂ© pour le don de sperme. Une fois rĂ©chauffĂ©s, les spermatozoĂŻdes retrouvent leur viabilitĂ© et leur motilitĂ©.  

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La cryopréservation du sperme a un large éventail d'applications, mais elle est le plus souvent utilisée pour aider une personne (ou un couple) à concevoir un enfant. Cela inclut les applications pour les femmes sans partenaire masculin ou les couples souffrant d'infertilité masculine. 

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Des recherches ont montré que les globules rouges restaient viables aprÚs cryopréservation et réchauffage  

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Cryopréservation des globules rouges 

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L'année suivante, en 1950, Smith a étendu leurs découvertes sur la cryopréservation du sperme pour examiner l'effet de la vitrification sur les globules rouges dans le glycérol. Il a découvert que dans le sang de lapin et le sang humain dilués avec une solution de glycérol, les globules rouges ne subissaient pas la rupture habituellement causée par la congélation et la décongélation. Ces recherches l'ont amené à cryopréserver avec succÚs des globules rouges humains. 

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Cette étude a été étendue en 1951 lorsque Sloviter a découvert que des globules rouges de lapin récupérés aprÚs une conservation prolongée survivaient et étaient réintroduits avec succÚs dans la circulation. Suite à d'autres recherches, Sloviter a découvert que les globules rouges humains cryopréservés et réchauffés à l'aide de glycérol étaient viables pour la transfusion. 

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La cryopréservation des globules rouges a continué à évoluer au fil du temps et est maintenant utilisée à de nombreuses fins dans la communauté médicale. La cryopréservation des globules rouges est une pratique courante qui permet de conserver des groupes sanguins rares provenant de donneurs pour les patients qui en auront besoin à l'avenir. Actuellement, les unités de globules rouges qui ont été cryopréservées peuvent durer 30 ans ou plus. 

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Cryopréservation des ovocytes 

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En 1952, des chercheurs et des scientifiques ont fait une percée dans la cryopréservation des cellules germinales des ovocytes (ovules). Chang et ses collÚgues ont commencé à explorer l'effet de la basse température sur la survie d'un ovocyte de mammifÚre (lapin). Des études similaires ont continué à tester la viabilité des ovocytes aprÚs avoir été réchauffés et ont découvert que la suspension des cellules germinales dans un mélange de glycérol et leur cryopréservation permettaient d'obtenir des grossesses réussies. 

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La recherche sur la cryoprĂ©servation des ovocytes a ralenti jusqu'Ă  la fin des annĂ©es 1970, lorsque les premiĂšres souris ont Ă©tĂ© produites Ă  partir d'ovocytes cryoprĂ©servĂ©s et rĂ©chauffĂ©s. Bien que les ovocytes de mammifĂšres soient plus susceptibles d'ĂȘtre endommagĂ©s pendant la cryoprĂ©servation, Steponkus et Mazur ont finalement rĂ©ussi Ă  utiliser des taux de refroidissement extrĂȘmement rapides [3]. La premiĂšre grossesse humaine rĂ©ussie aprĂšs la cryoprĂ©servation d'ovocytes a eu lieu en 1986.

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Aujourd'hui, la cryopréservation des ovocytes est couramment utilisée pour fécondation in vitro (FIV). Les femmes peuvent congeler leurs ovules pour reporter une grossesse pour plusieurs raisons. Si elles choisissent de ne pas les utiliser à l'avenir, elles ont la possibilité d'en faire don à d'autres personnes. 

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La cryopréservation des spermatozoïdes, des ovocytes et des embryons a permis à des familles du monde entier d'avoir des enfants

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Cryopréservation d'embryons 

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AprĂšs la cryoprĂ©servation de spermatozoĂŻdes et d'ovocytes individuels, la recherche sur les embryons a dĂ©butĂ©. Les premiers embryons de mammifĂšres Ă  ĂȘtre cryoprĂ©servĂ©s avec succĂšs sont ceux d'une souris en 1972. Au cours de leurs recherches, Leibo et Mazur ont Ă©tudiĂ© l'effet des taux de refroidissement lents sur la formation de glace dans les cellules embryonnaires. Ils ont dĂ©couvert que"pour rĂ©ussir Ă  cryoprĂ©server des embryons Ă  des tempĂ©ratures plus basses, les embryons doivent ĂȘtre congelĂ©s Ă  des vitesses suffisamment lentes pour que l'eau sorte de la cellule avant de se cristalliser en glace" [1].

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Un an plus tard, des embryons cryopréservés ont été utilisés pour produire Frostie. Frostie est un veau né en 1973 à partir d'un embryon cryopréservé qui a été réchauffé et implanté dans une vache de substitution. Cette percée a accéléré le développement des techniques utilisées aujourd'hui pour la fécondation in vitro.

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Plus tard, en 1983, le premier embryon humain réussi a été cryopréservé. Bien que cet embryon n'ait pas survécu jusqu'à la naissance, celle-ci s'est produite rapidement aprÚs. En mars 1984, Zoe Leyland est née en Australie d'un embryon qui avait été cryopréservé, réchauffé et implanté.  

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Depuis le milieu des annĂ©es 80, la cryoprĂ©servation des embryons est un Ă©lĂ©ment important des techniques de procrĂ©ation assistĂ©e. La cryoprĂ©servation des embryons consiste Ă  prĂ©server un embryon (gĂ©nĂ©ralement au stade correspondant Ă  la prĂ©implantation) Ă  des tempĂ©ratures infĂ©rieures Ă  zĂ©ro. Il s'agit d'une pratique courante dans les traitements de fertilitĂ© tels que la fĂ©condation in vitro. Si un couple tombe enceinte, les embryons restants qui ont Ă©tĂ© cryoconservĂ©s peuvent ĂȘtre donnĂ©s Ă  d'autres personnes. Il n'a pas Ă©tĂ© dĂ©montrĂ© que la cryoconservation augmente le taux de malformations congĂ©nitales ou entraĂźne des anomalies de dĂ©veloppement.

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Une autre utilisation intéressante de la cryopréservation des embryons a lieu dans l'industrie de l'élevage. Elle est utilisée pour améliorer les efforts de conservation. Rien qu'en 2005, plus de 370 000 embryons bovins congelés et décongelés ont été transférés dans le monde. Toutefois, une progéniture vivante n'a été produite que chez quelques espÚces, notamment chez les lapins, les bovins, les félidés (chats), les primates et les ongulés (mammifÚres à sabots comme les cerfs).

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Les cellules souches sont cryopréservées et réchauffées avec succÚs depuis des années

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Cryopréservation des cellules-souches 

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Les cellules-souches sont des cellules non spĂ©cialisĂ©es qui n'ont pas encore dĂ©veloppĂ© leur fonction spĂ©cifique. Elles peuvent devenir des cellules du cerveau, des cellules osseuses, des cellules sanguines, des cellules cardiaques, etc. GrĂące Ă  cette diversification, les cellules-souches peuvent ĂȘtre utilisĂ©es pour traiter un large Ă©ventail de maladies. La cryoprĂ©servation des cellules souches implique le prĂ©lĂšvement des cellules du donneur, l'ajout d'agents cryoprotecteurs, le refroidissement rapide des cellules, l'Ă©valuation de la viabilitĂ© aprĂšs 72 heures, le rĂ©chauffement des cellules, puis le lavage et le conditionnement pour la transplantation. Elles peuvent ĂȘtre utilisĂ©es pour traiter des maladies malignes et non malignes. 

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Il existe plusieurs méthodes de cryopréservation des cellules-souches, dont beaucoup varient en termes de température de congélation, de vitesse, d'ACP et de facteurs de réchauffement. Cependant, les cellules souches font l'objet d'une cryopréservation depuis des années, car il s'agit d'un élément clé de la réussite des thérapies cellulaires. 

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Cryopréservation d'organes 

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La cryoprĂ©servation des organes a fait l'objet d'Ă©tudes continues depuis sa crĂ©ation dans les annĂ©es 1960. L'une des premiĂšres Ă©tudes notables sur la cryoprĂ©servation des organes a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e au Japon. Isamu Suda et ses collĂšgues ont perfusĂ© un cerveau de chat avec une solution de glycĂ©rol, l'ont refroidi Ă  -20 °C pendant plus de six mois, puis l'ont rĂ©chauffĂ©. AprĂšs examen, ils ont constatĂ© la prĂ©sence d'ondes cĂ©rĂ©brales reconnaissables — un dĂ©veloppement passionnant pour la cryogĂ©nisation !

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Des études plus systématiques sur la cryopréservation des organes ont débuté dans les années 1980 et 1990, lorsque le cryobiologiste Gregory M. Fahy et ses collÚgues ont commencé à explorer le processus de solidification sans formation de glace pour la préservation des organes. Ses résultats, publiés en 2003 et 2006, ont fait de lui le plus grand spécialiste mondial de la cryopréservation d'organes par vitrification. 

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DÚs les premiers jours de la recherche sur la vitrification, le Dr Fahy et ses collÚgues ont cherché à en savoir plus sur la toxicité des agents cryoprotecteurs et sur la maniÚre de l'atténuer en utilisant des solutions de vitrification. En 2005, ses recherches ont abouti à la "vitrification (à -135°C), au réchauffement et à la transplantation d'un rein de lapin présentant une bonne viabilité et fonctionnalité" [2]. 

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Cette recherche a suscité plusieurs autres études dans le domaine de la cryogénisation. Les plus remarquables ont été les conclusions de Robert McIntyre et de son équipe en 2016. Grùce à leurs recherches, le premier cerveau entier de mammifÚre a été préservé par cryogénisation et récupéré dans un état "presque parfait". AprÚs l'avoir réchauffé délicatement et avoir évacué les ACP, ils ont découvert que les membranes cellulaires, les synapses et les structures intracellulaires étaient étaient restées intactes [5]. 

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Le processus de cryopréservation des organes pourrait avoir un impact considérable sur la communauté des transplantations. Par exemple, comme l'indique PNAS, « les outils actuels de cryopréservation, sont déjà utilisés pour aider à la réanimation d'organes endommagés... et pour prolonger la durée de préservation d'un organe transplanté » [4]. La découverte d'une méthode de conservation à long terme des organes par cryopréservation pourrait prolonger la durée de conservation des organes avant une transplantation ou une intervention chirurgicale et sauver des milliers de vies.  

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Bien que des cas de cryoprĂ©servation et de rĂ©chauffement d'organes animaux aient Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©s avec succĂšs, il reste des problĂšmes (comme la toxicitĂ©) qui doivent ĂȘtre rĂ©solus avant l'utilisation chez l'homme.  

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La cryopréservation des animaux de compagnie est de plus en plus populaire au sein de la communauté de la cryogénisation

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Pet Cryopreservation 

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Actuellement, plus de 85 animaux domestiques sont cryoprĂ©servĂ©s, dont des chiens, des chats, des tortues, des hamsters, des perroquets, une tortue, un chinchilla, et mĂȘme un singe. Le processus est similaire Ă  la cryoprĂ©servation des cellules, mais Ă  plus grande Ă©chelle. Avec la vitrification, le corps de l'animal est refroidi jusqu'Ă  ce qu'il atteigne un Ă©tat amorphe semblable Ă  du verre. Il peut alors ĂȘtre placĂ© dans un vase Dewar et ĂȘtre prĂ©servĂ© indĂ©finiment.

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La principale différence entre la cryopréservation des animaux (et des humains) et les applications ci-dessus est que la technologie permettant de les réchauffer n'existe pas encore. Les chercheurs ne garantissent rien et ne savent pas si cela va fonctionner, mais la cryopréservation des animaux de compagnie n'est pas quelque chose qui manque de fondement. Il n'y a pas non plus de preuve scientifique qui prouve que la technologie et les traitements permettant de réchauffer les animaux de compagnie, de traiter leurs maladies ou d'inverser le vieillissement n'existeront jamais.

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Cryopréservation humaine 

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La mĂȘme mentalitĂ© s'applique Ă  la cryoprĂ©servation humaine. Les agents cryoprotecteurs sont introduits dans l'organisme par perfusion via le systĂšme circulatoire. Ces ACP remplacent l'eau dans le corps et rĂ©duisent le point de congĂ©lation du liquide restant tout en minimisant la formation de cristaux de glace. Une fois que la vitrification a lieu et que le patient se trouve dans un Ă©tat amorphe semblable Ă  du verre, tous les processus biologiques sont mis en pause, ce qui permet une prĂ©servation sans dĂ©gradation ni dommage.  

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Comme pour les cellules, la combinaison d'agents cryoprotecteurs et de la vitrification permet de préserver les patients indéfiniment. La cryopréservation humaine présente certaines limites, mais - à titre d'exemple - plusieurs chercheurs en cryopréservation (dont nous faisons partie) travaillent actuellement sur un systÚme qui permettrait de conserver les patients à des températures plus élevées (moins de stress thermique). 

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Les scientifiques peuvent actuellement cryoprĂ©server des patients, mais il n'existe aucune technologie permettant de les rĂ©chauffer. Pourtant, James Bedford a Ă©tĂ© la premiĂšre personne Ă  ĂȘtre cryoprĂ©servĂ©e en 1967 et est conservĂ© Ă  Alcor depuis 1991. Aujourd'hui, il y a environ 500 patients cryoconservĂ©s dont l'Ăąge varie de 2 Ă  101 ans. Bien que la rĂ©animation ne soit pas encore possible, le processus de prĂ©servation leur permet d'ĂȘtre conservĂ©s indĂ©finiment. 

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Aujourd'hui, la cryoprĂ©servation est principalement utilisĂ©e pour la prĂ©servation des cellules, mais la recherche scientifique, technologique et mĂ©dicale continue de progresser. Bien que la technologie permettant de faire revivre un ĂȘtre humain aprĂšs sa cryoprĂ©servation n'ait pas encore Ă©tĂ© mise au point, il n'y a aucune raison biologique fondamentale pour que la rĂ©animation ne soit pas possible un jour.

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Limites de la cryopréservation

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Comme la cryopréservation interrompt l'activité biologique, il faudra une force extérieure pour la réactiver et faire revivre les patients. L'une des plus grandes limites de la cryopréservation, aujourd'hui, est le fait que ce type de technologie n'existe pas encore. La technologie permettant de réchauffer les tissus de maniÚre homogÚne ou de traiter le vieillissement et les maladies n'existe pas encore non plus. Cela ne veut pas dire qu'elle n'existera jamais. Les progrÚs des nanotechnologies et du nano-réchauffement pourraient nous y aider. 

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Le monde a parcouru un long chemin en 100 ans et les applications actuelles de la cryoprĂ©servation dans les domaines de la science et de la mĂ©decine montrent que la technologie continue de progresser. RĂ©flĂ©chissons : il n'y a actuellement aucune preuve qui suggĂšre que la cryogĂ©nisation ne fonctionnera pas Ă  l'avenir. Ce n'est pas parce que quelqu'un ne peut pas ĂȘtre sauvĂ© aujourd'hui qu'il ne pourra jamais l'ĂȘtre. Donc, pense Ă  recadrer ton Ă©tat d'esprit — certaines maladies ne sont tout simplement pas traitable... encore. 

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Un autre dĂ©fi est que la vitrification peut entraĂźner une toxicitĂ© pour les tissus complexes, notamment en ce qui concerne les organes. Les agents cryoprotecteurs utilisĂ©s sont souvent une combinaison de solutions pĂ©nĂ©trantes et non pĂ©nĂ©trantes. Les APC pĂ©nĂ©trants empĂȘchent la formation de cristaux de glace Ă  l'intĂ©rieur des cellules, tandis que les ACP non-pĂ©nĂ©trantes empĂȘchent la formation de cristaux de glace Ă  l'extĂ©rieur des cellules. Le problĂšme est que plus la concentration d'ACP est Ă©levĂ©e, plus la solution est toxique. Par ailleurs, si la concentration d'ACP est trop faible, la vitrification complĂšte des organes ne peut ĂȘtre obtenue. 

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Le fait de surmonter ce défi est un facteur important dans les progrÚs continus de la cryopréservation et la réussite de la réanimation.

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Qui sait ce que l'avenir nous réserve ?

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L'avenir de la cryopréservation

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Depuis des décennies, les scientifiques réussissent à cryopréserver et à réchauffer des parties du corps, mais la réanimation des patients n'est toujours pas possible à l'heure actuelle. Bien que nous soyons incapables de prédire exactement quand la réanimation sera possible, les patients resteront cryopréservés aussi longtemps qu'il le faudra. Qu'il s'agisse de 10, 50, 100 ans ou plus, il n'y a pas de limite de temps pour la cryopréservation d'une personne.

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Conclusion

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Personne ne sait ce qui se passera dans le futur, mais ce que nous savons, c'est que vous pouvez ĂȘtre cryogĂ©nisĂ© dĂšs aujourd'hui. La cryogĂ©nie est actuellement la seule technologie qui puisse vous permettre d'accĂ©der Ă  cet avenir, alors qu'avez-vous Ă  perdre ? RĂ©servez une consultation avec l'un des membres de notre Ă©quipe ou, si vous ĂȘtes prĂȘt, inscrivez-vous dĂšs maintenant! 

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 Références

[1] Schnebly, R. A. (2020, 1er octobre). Encyclopédie du projet Embryo. "Survival of Mouse Embryos Frozen to -196 ° and -269 °C" (1972), par David Whittingham, Stanley Leibo, and Peter Mazur | The Embryo Project Encyclopedia. Consulté le 20 juillet 2022 à l'adresse suivante : https://embryo.asu.edu/pages/survival-mouse-embryos-frozen-196-deg-and-269-degc-1972-david-whittingham-stanley-leibo-and  

[2] de Wolf, A., & Platt, C. (2022, 23 mai). Procédures de cryoconservation humaine. | Alcor. Consulté le 20 juillet 2022 sur https://www.alcor.org/docs/cryopreservation-procedures-book.pdf 

[3] Borini, A., & Coticchio, G. (2010). Préservation des ovocytes humains. CRC Press. Consulté le 20 juillet 2022 à l'adresse suivante : https://thaisrm.com/docs/Ri%20Chian%20Book/Preservation%20of%20Human%20Oocytes%20-%20From%20Cryobiology%20Science%20to%20Clinical%20Applications%20copy.pdf 

[4] Scudellari, M. (2017, 12 décembre). La cryoconservation vise à concevoir de nouveaux moyens de congeler, stocker et décongeler les organes. PNAS. Consulté le 20 juillet 2022 à l'adresse suivante : https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1717588114 

[5] Crew, B. (2016, 10 février). Le cerveau d'un mammifÚre a été cryogénisé et récupéré pour la premiÚre fois. ScienceAlert. Consulté le 20 juillet 2022 sur https://www.sciencealert.com/a-mammal-s-brain-has-been-cryonically-frozen-and-recovered-for-the-first-time