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De nouvelles preuves pour augmenter l'efficacité des agents cryoprotecteurs

Récemment, une nouvelle classe de solvants a été testée pour la cryopréservation des cellules de mammifÚres.
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13 juillet 2022

La cryoconservation est le  processus de préservation des cellules, des tissus et d'autres matériaux biologiques en les refroidissant à des températures trÚs 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 agents cryoprotecteurs protĂšgent contre la formation de cristaux de glace

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Comment fonctionnent les agents cryoprotecteurs ?

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Les cryoprotecteurs, Ă©galement connus sous le nom d'agents cryoprotecteurs ou CPA, sont un type d'antigel de qualitĂ© mĂ©dicale introduit par un processus appelĂ© perfusion. Ils protĂšgent contre la formation de glace et conduisent Ă  la vitrification, qui est la transformation d'une substance en un Ă©tat amorphe semblable Ă  du verre. Actuellement, la cryoconservation est utilisĂ©e avec succĂšs pour le stockage des cellules souches, la technologie de reproduction assistĂ©e et mĂȘme pour la prĂ©servation de certains animaux, plantes et semences [4]. Parmi les ACP les plus utilisĂ©s aujourd'hui figurent le dimĂ©thylsulfoxyde (DMSO) et l'Ă©thylĂšne glycol. 

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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 cryoprĂ©servation ne peut pas encore ĂȘtre utilisĂ©e pour la conservation et le don d'organes, ni la rĂ©animation. Pourtant, 60 % des cƓurs et des poumons de donneurs ne sont pas utilisĂ©s ou transplantĂ©s, en partie parce qu'ils dĂ©passent leur durĂ©e maximale de conservation en hypothermie, et ce gaspillage pourrait ĂȘtre surmontĂ© par la cryoprĂ©servation [1]. L'un des principaux obstacles Ă  cette dĂ©marche est le temps insuffisant dont disposent les ACP pour pĂ©nĂ©trer dans les cellules avant leur toxicitĂ©.

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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 aprÚs le dégel. C'est l'une des premiÚres et uniques fois que cette classe de solvants a été systématiquement testée pour la cryoconservation de cellules de mammifÚres [4].

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Que sont les solvants eutectiques profonds ?

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Les solvants eutectiques profonds (SEP) sont des mélanges de donneurs et d'accepteurs de liaisons hydrogÚne 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.

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Dans cette étude, six SEP ont été étudiés pour leur capacité de cryoprotection des cellules de mammifÚres. 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].

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Comment les solvants eutectiques profonds affectent la cryopréservation

 

Les rĂ©sultats ont montrĂ© que la combinaison de proline et de glycĂ©rol (Prol-Gly) Ă©tait presque aussi efficace que le DMSO sans rĂ©duction significative de la viabilitĂ© cellulaire aprĂšs la congĂ©lation, mĂȘme avec une incubation prolongĂ©e avant la congĂ©lation [4].

 

Leurs résultats soutiennent la pratique actuelle consistant à combiner des agents cryoprotecteurs. Ces résultats soulignent en outre l'importance d'utiliser des systÚmes multicomposants pour réduire la toxicité et améliorer la viabilité à long terme de la cryopréservation plutÎt que des agents cryoprotecteurs uniques.

 

Il s'agit encore d'une application potentiellement nouvelle et des recherches supplĂ©mentaires sont nĂ©cessaires avant que des solvants eutectiques profonds puissent ĂȘtre utilisĂ©s pour la cryoconservation de tissus et d'organes. Cette Ă©tude donne cependant un aperçu du potentiel de milliers d'agents cryoprotecteurs potentiellement nouveaux, qui pourraient Ă©ventuellement dĂ©boucher sur des technologies et des processus amĂ©liorĂ©s susceptibles de rĂ©volutionner notre vision de la biostase.

 

Plus prĂ©cisĂ©ment, ces rĂ©sultats pourraient conduire au dĂ©veloppement de nouveaux agents cryoprotecteurs qui pourraient ĂȘtre adaptĂ©s pour cibler des types de cellules spĂ©cifiques [4]. En temps utile, cela pourrait dĂ©boucher sur une conservation efficace des organes, voire sur de nouvelles avancĂ©es dans le domaine de la cryoprĂ©servation et du renouveau. 

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Conclusion

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Cette recherche ne fait que commencer Ă  explorer l'effet des nouvelles APC sur les cellules individuelles. Lorsque l'on considĂšre l'organe (ou l'organisme) dans son ensemble, le processus devient beaucoup plus compliquĂ©. Cette application n'est peut-ĂȘtre pas adaptĂ©e Ă  la cryoprĂ©servation humaine, car les nouveaux cryoprotecteurs identifiĂ©s dans l'Ă©tude semblent avoir un faible taux de pĂ©nĂ©tration (APC non pĂ©nĂ©trant) par rapport aux APC actuellement utilisĂ©s. Cependant, les rĂ©sultats fournissent des implications passionnantes concernant l'avenir de la recherche et du dĂ©veloppement de lacryogĂ©nisation. 

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Références

[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