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Cryopréservation pour la transplantation d'organes

Le temps est la distance la plus longue pour la transplantation d'organes.
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14 octobre 2022

Les transplantations sont un miracle de la mĂ©decine moderne, mais le manque d'organes disponibles crĂ©e une charge mĂ©dicale importante pour la sociĂ©tĂ©. L'Ă©cart entre l'offre et la demande est en partie dĂ» Ă  une pĂ©nurie d'organes appropriĂ©s donnĂ©s, mais aussi Ă  un manque de capacitĂ©s de conservation. La conservation Ă  des tempĂ©ratures cryogĂ©niques pourrait rĂ©soudre ce problĂšme, car elle est devenue un moyen bien Ă©tabli de prĂ©server les cellules et les tissus vivants. La cryogĂ©nisation, quant Ă  elle, se rĂ©fĂšre Ă  la cryoprĂ©servation d'ĂȘtres humains (prĂ©servation du corps entier ou neuroprĂ©servation) et d'animaux. La recherche en cryogĂ©nisation peut apporter des informations prĂ©cieuses sur la prĂ©servation des matĂ©riaux biologiques, tels que les tissus et les cellules, ce qui permet de faire progresser la prĂ©servation des organes. La mise en Ɠuvre de procĂ©dures de cryoprĂ©servation dans la transplantation d'organes et l'introduction de cryobanques pourraient ĂȘtre rĂ©volutionnaires pour les patients et le personnel mĂ©dical du monde entier. 

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ArrĂȘter l'horloge

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Le dĂ©fi qui se prĂ©sente aujourd'hui avec les transplantations d'organes - comme c'est le cas pour la plupart des procĂ©dures liĂ©es Ă  la cryogĂ©nisation - est le temps. Une fois qu'un chirurgien a prĂ©levĂ© un rein dans un corps, celui-ci peut rester viable pendant environ 36 heures ; les foies peuvent ĂȘtre conservĂ©s jusqu'Ă  16 heures et les cƓurs ne survivent que trois Ă  cinq heures. Si le temps ne joue pas en leur faveur, les Ă©quipes mĂ©dicales disposent de quelques heures tout au plus pour faire correspondre un organe Ă  un receveur qui peut se trouver loin du site du donneur. Ces scĂ©narios typiques limitent naturellement le nombre de transplantations rĂ©ussies. 

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En 2022, il y a actuellement plus de 100 000 personnes sur la liste d'attente pour une transplantation d'organe en Amérique, le temps d'attente moyen allant de quatre mois à cinq ans. Selon l'Organisation espagnole de transplantation, il y avait environ 49 000 patients sur une liste d'attente de transplantation en Europe à la fin de 2020, et seulement 28 000 procédures de transplantation ont eu lieu. Environ 21 personnes meurent chaque jour en Europe en attendant une greffe. Le besoin non satisfait de préservation des organes impose des limites logistiques importantes à la transplantation et à plusieurs autres domaines biomédicaux. La durée de conservation limitée des tissus et cellules biologiques entrave non seulement la transplantation d'organes, mais aussi l'ingénierie tissulaire, la découverte de médicaments, etc.

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La technologie d'aujourd'hui

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Stockage statique froid 

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Depuis les annĂ©es 1960, la Static Cold Storage (SCS) est progressivement devenue la mĂ©thode de rĂ©fĂ©rence pour la prĂ©servation des organes. Le SCS consiste Ă  rincer l'organe avec une solution de prĂ©servation Ă  0-4 °C, puis Ă  l'immerger dans une solution Ă  la mĂȘme tempĂ©rature jusqu'Ă  la transplantation. Cet environnement hypothermique diminue le mĂ©tabolisme cellulaire, et la solution de prĂ©servation assure une cryoprotection. La SCS offre un moyen simple et efficace de prĂ©server et de transporter des organes, mais elle prĂ©sente un certain nombre de limites. Ces limites comprennent les lĂ©sions tissulaires, la difficultĂ© d'Ă©valuer la fonction et la viabilitĂ© des organes du donneur, les lĂ©sions d'ischĂ©mie-reperfusion (IRI) et les possibilitĂ©s limitĂ©es de rĂ©paration des organes. Bien que la SCS soit la norme en matiĂšre de prĂ©servation des organes, elle ne peut prĂ©server les organes et les tissus que pendant quelques heures, ce qui en fait une solution Ă  trĂšs court terme.   

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Perfusion par machine 

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La perfusion par machine est un autre moyen d'amĂ©liorer et de prolonger la conservation des organes et des tissus en dehors du corps humain - ou "ex vivo". La perfusion hypo- et normothermique est disponible pour le cƓur, les poumons, le foie et les reins. L'approche hypothermique se concentre sur le ralentissement des taux mĂ©taboliques. La normothermie tente de gĂ©nĂ©rer un environnement "ex vivo" en imitant les conditions physiologiques "in vivo" (Ă  l'intĂ©rieur du corps). Les systĂšmes sont oxygĂ©nĂ©s et utilisent soit des solutions de conservation, soit du sang diluĂ© comme liquide de perfusion. Les premiĂšres tentatives cliniques de perfusion par machine ont eu lieu dans les annĂ©es 1960, mais elles ne se sont pas rĂ©vĂ©lĂ©es supĂ©rieures Ă  la SCS. Cependant, au fil des ans, et en raison de la pĂ©nurie d'organes, cette stratĂ©gie a Ă©tĂ© rĂ©introduite. 

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Vitrification 

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La vitrification est une mĂ©thode par laquelle les organes et les tissus sont refroidis Ă  des tempĂ©ratures cryogĂ©niques avec peu ou pas de formation de cristaux de glace. L'absence de formation de glace est due Ă  l'ajout de diffĂ©rents cryoprotecteurs Ă  une vitesse de refroidissement rapide et hautement contrĂŽlĂ©e. Les organes et les tissus passent Ă  l'Ă©tat de verre amorphe Ă  environ -125°C, ce qui permet une conservation pratiquement indĂ©finie, une nĂ©cessitĂ© pour les banques d'organes. Jusqu'Ă  prĂ©sent, la cryoprĂ©servation rĂ©ussie par vitrification n'a concernĂ© que les ovules (cellules d'Ɠuf) et les spermatozoĂŻdes, qui peuvent ĂȘtre refroidis et rĂ©chauffĂ©s rapidement. La seule vitrification rĂ©ussie et la transplantation ultĂ©rieure d'un organe Ă©tait un rein de lapin. Aujourd'hui, les dĂ©fis posĂ©s par la vitrification concernent la toxicitĂ© potentielle des agents cryoprotecteurs et les obstacles liĂ©s au processus de rĂ©chauffement. De nouvelles stratĂ©gies sont en cours de dĂ©veloppement pour optimiser cette procĂ©dure. 

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Les techniques de conservation Ă  des tempĂ©ratures cryogĂ©niques ont Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©es au cours des cinq derniĂšres dĂ©cennies pour plusieurs types de tissus, avec des avancĂ©es spectaculaires ces derniers temps. Toutefois, Ă  l'heure actuelle, les applications rĂ©ussies concernent gĂ©nĂ©ralement de petits spĂ©cimens, allant des cellules souches aux tissus, tels que les cornĂ©es. Chez l'homme, les chercheurs ont pu cryoprĂ©server des spĂ©cimens plus grands pour des tissus tels que des valves cardiaques oĂč la fonction mĂ©canique est plus importante que la fonction biologique. 

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Pour faire progresser la science et la technologie de la cryopréservation, les chercheurs utilisent des concepts d'ingénierie, notamment le transfert de chaleur et de masse, la mécanique des solides, la science des matériaux, la nanotechnologie, la modélisation informatique, les technologies de l'information et la microélectronique. L'approche de l'ingénierie peut intégrer des outils prédictifs qui sont ancrés dans les mesures physiques, la modélisation mathématique et la puissance de calcul, ce qui pourrait profiter énormément aux recherches actuelles et futures. 

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Une ingénieure travaillant sur son ordinateur portable, entourée d'équipements et de fils.
L'utilisation de concepts d'ingénierie pourrait contribuer à faire progresser la science et la technologie de la cryopréservation.

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Le besoin médical de la cryopréservation 

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Vitrification et banques d'organes 

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On estime qu'environ deux tiers des cƓurs de donneurs potentiels sont rejetĂ©s dans le monde. En outre, jusqu'Ă  20 % des reins de donneurs potentiels sont gaspillĂ©s aux États-Unis en raison des contraintes de temps pour trouver des receveurs appropriĂ©s. Au Royaume-Uni, le taux de rejet des reins est de 10 Ă  12 % et celui des pancrĂ©as d'environ 50 %. Ce gaspillage pourrait ĂȘtre Ă©vitĂ© en faisant progresser les mĂ©thodes de conservation, notamment la cryoprĂ©servation, qui est actuellement la seule solution de conservation Ă  long terme, afin d'ouvrir des banques d'organes dans le monde entier. 

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Outre leur rÎle dans la lutte contre la pénurie d'organes, les progrÚs réalisés dans le domaine des banques d'organes pourraient élargir considérablement les possibilités d'appariement entre donneurs et receveurs, améliorer le dépistage des maladies transmissibles, réduire les coûts, permettre une programmation plus souple des interventions chirurgicales et évaluer la qualité des organes avant leur transplantation. 

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En 2017, l'école de médecine de Harvard a organisé le "Sommet de la banque d'organes" pour discuter des défis actuels de la cryobanque. Les principaux scientifiques et ingénieurs du domaine se sont réunis pour préparer une feuille de route visant à surmonter les obstacles scientifiques de la cryopréservation, qui comprennent :

  1. ContrĂŽle de la formation excessive de glace
  2. Maintenir la toxicité des cryoprotecteurs à des niveaux acceptables
  3. Limiter les contraintes mécaniques et/ou thermodynamiques disproportionnées
  4. ContrÎle des dommages excessifs causés par le froid
  5. Éviter des niveaux inacceptables de lĂ©sions ischĂ©miques
  6. Assurer des protocoles de réparation et de relance acceptables

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Comme cela a été dit lors du symposium : à ce jour, il n'existe pas de méthode efficace pour préserver de maniÚre fiable les organes solides au-delà de 12 heures, mais quelques heures de conservation supplémentaires suffiraient à augmenter considérablement le nombre de transplantations possibles dans le monde.

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Conclusion

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Chaque annĂ©e, 4 000 organes sains sont rejetĂ©s parce qu'il est impossible de trouver un donneur compatible Ă  temps, tandis que plus de 6 000 personnes inscrites sur la liste d'attente meurent. Prolonger la viabilitĂ© des organes permettrait de les transporter dans des zones gĂ©ographiques plus vastes, ce qui rendrait les opĂ©rations chirurgicales accessibles dans le monde entier. Selon les scientifiques, le fossĂ© entre les technologies actuelles et futures nĂ©cessaires Ă  la cryoprĂ©servation ne peut ĂȘtre comblĂ© que par une collaboration entre cryobiologistes et ingĂ©nieurs. Actuellement, la plupart des recherches n'en sont qu'Ă  leurs dĂ©buts, et les applications et mĂ©thodes n'ont Ă©tĂ© testĂ©es que sur des animaux ou des cellules humaines de base. En poursuivant les recherches, d'innombrables domaines de la santĂ© publique pourraient ĂȘtre rĂ©volutionnĂ©s. Des progrĂšs dans les banques d'organes, l'oncofertilitĂ©, l'ingĂ©nierie tissulaire, mĂ©decine de traumatologie, la prĂ©paration aux situations d'urgence et la dĂ©couverte de mĂ©dicaments pourraient tous ĂȘtre possibles grĂące Ă  de meilleures techniques de cryoprĂ©servation. 

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Les experts en cryogĂ©nisation de Tomorrow Bio tentent continuellement de faire progresser la recherche sur la biostase. Les succĂšs dans le domaine de la cryoprĂ©servation humaine vont de pair avec la recherche sur la cryogĂ©nie des organes, influençant les idĂ©es, les dĂ©veloppements et les rĂ©alisations. EBF, partenaire de Tomorrow Bio, dispose d'un laboratoire de biostase oĂč les chercheurs travaillent Ă  l'amĂ©lioration des techniques de bioprĂ©servation. Actuellement, EBF a une installation de stockage Ă  long terme pour les patients cryoprĂ©servĂ©s de Tomorrow Bio. En outre, les recherches passionnantes menĂ©es Ă  EBF vont de l'optimisation des protocoles de cryoprĂ©servation au stockage Ă  tempĂ©rature intermĂ©diaire, qui pourrait s'avĂ©rer transformateur pour les transplantations d'organes. 

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Si tu souhaites en savoir plus sur la cryoprĂ©servation humaine , clique ici. Si tu souhaites soutenir les recherches menĂ©es sur Tomorrow Bio et EBF, jette un coup d'Ɠil Ă  notre programme Tomorrow Fellow. En t'inscrivant en tant que Fellow, tu peux soutenir la recherche, bĂ©nĂ©ficier d'avantages exclusifs et Ă©pargner en vue d'une cryoprĂ©servation future.  

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