Explore les applications actuelles de la cryopréservation.
Et si tu pouvais choisir la durée de ta vie ? L'objectif de la cryopréservation humaine est de préserver les patients pour l'avenir et de leur donner une chance (!) d'être réanimés lorsque la technologie médicale aura suffisamment progressé pour les traiter. Pour mieux comprendre le processus en question, cet article définit ce qu'est la cryopréservation et comment elle est utilisée actuellement.
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 complètement 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.
Les agents cryoprotecteurs (APC) sont un type d'antigel de qualité médicale qui contribue à réduire la formation de cristaux de glace. La vitrification est la transformation d'une substance en un état amorphe semblable au verre. Cela se produit lorsque les cellules passent la température de transition vitreuse de -125°C, par exemple, où elles sont solides mais pas gelées. C'est l'une des dernières étapes de la procédure de cryopréservation. C'est le moment où tous les processus biologiques s'arrêtent, permettant aux cellules d'être préservées indéfiniment sans dégradation ni dommage.
Bien que la recherche médicale soit en constante progression, il n'est pas encore possible de faire revivre un être humain après qu'il ait été cryopréservé. Cependant, il existe plusieurs cellules et tissus qui ont été cryopréservés et réchauffés avec succès. Il s'agit notamment des embryons humains précoces, 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 même été vitrifié, cryopréservé, réchauffé et transplanté dans un lapin où il a démontré une récupération fonctionnelle complète. Nous allons explorer ci-dessous d'autres applications actuelles de la cryopréservation.
La première préservation réussie de cellules de mammifères a eu lieu par hasard en 1949, lorsque Christopher Polge et ses collègues (Smith et Parks) ont étudié l'effet du glycérol sur la mobilité du sperme de coq. Polge utilisait de l'azote liquide pour congeler les échantillons de contrôle dans son laboratoire, mais un jour, il a accidentellement ajouté l'azote liquide à un échantillon de sperme qui contenait du glycérol. Lorsqu'il a réchauffé l'échantillon, il a remarqué que le sperme de coq avait retrouvé sa mobilité, découvrant ainsi que le sperme pouvait être cryopréservé sans mort cellulaire.
Cette découverte a donné lieu à plusieurs études approfondies sur la cryopréservation du sperme, qui ont débouché sur les techniques utilisées aujourd'hui dans les banques de sperme ou la congélation du sperme. Le sperme peut être stocké indéfiniment par cryogénie et utilisé pour le don de sperme. Une fois réchauffés, les spermatozoïdes retrouvent leur viabilité et leur motilité.
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.
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 succès des globules rouges humains.
Cette étude a été étendue en 1951 lorsque Sloviter a découvert que des globules rouges de lapin récupérés après une conservation prolongée survivaient et étaient réintroduits avec succès 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.
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.
En 1952, des chercheurs et des scientifiques ont fait une percée dans la cryopréservation des cellules germinales des ovocytes (ovules). Chang et ses collègues ont commencé à explorer l'effet de la basse température sur la survie d'un ovocyte de mammifère (lapin). Des études similaires ont continué à tester la viabilité des ovocytes après 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.
La recherche sur la cryopréservation des ovocytes a ralenti jusqu'à la fin des années 1970, lorsque les premières souris ont été produites à partir d'ovocytes cryopréservés et réchauffés. Bien que les ovocytes de mammifères soient plus susceptibles d'être endommagés pendant la cryopréservation, Steponkus et Mazur ont finalement réussi à utiliser des taux de refroidissement extrêmement rapides [3]. La première grossesse humaine réussie après la cryopréservation d'ovocytes a eu lieu en 1986.
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.
Après la cryopréservation de spermatozoïdes et d'ovocytes individuels, la recherche sur les embryons a débuté. Les premiers embryons de mammifères à être cryopréservés avec succès sont ceux d'une souris en 1972. Au cours de leurs recherches, Leibo et Mazur ont étudié l'effet des taux de refroidissement lents sur la formation de glace dans les cellules embryonnaires. Ils ont découvert que"pour réussir à cryopréserver des embryons à des températures plus basses, les embryons doivent être congelés à des vitesses suffisamment lentes pour que l'eau sorte de la cellule avant de se cristalliser en glace" [1].
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.
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 après. En mars 1984, Zoe Leyland est née en Australie d'un embryon qui avait été cryopréservé, réchauffé et implanté.
Depuis le milieu des années 80, la cryopréservation des embryons est un élément important des techniques de procréation assistée. La cryopréservation des embryons consiste à préserver un embryon (généralement au stade correspondant à la préimplantation) à des températures inférieures à zéro. Il s'agit d'une pratique courante dans les traitements de fertilité tels que la fécondation in vitro. Si un couple tombe enceinte, les embryons restants qui ont été cryoconservés peuvent être donnés à d'autres personnes. Il n'a pas été démontré que la cryoconservation augmente le taux de malformations congénitales ou entraîne des anomalies de développement.
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 espèces, notamment chez les lapins, les bovins, les félidés (chats), les primates et les ongulés (mammifères à sabots comme les cerfs).
Les cellules-souches sont des cellules non spécialisées qui n'ont pas encore développé leur fonction spécifique. Elles peuvent devenir des cellules du cerveau, des cellules osseuses, des cellules sanguines, des cellules cardiaques, etc. Grâce à cette diversification, les cellules-souches peuvent être utilisées pour traiter un large éventail de maladies. La cryopréservation des cellules souches implique le prélèvement des cellules du donneur, l'ajout d'agents cryoprotecteurs, le refroidissement rapide des cellules, l'évaluation de la viabilité après 72 heures, le réchauffement des cellules, puis le lavage et le conditionnement pour la transplantation. Elles peuvent être utilisées pour traiter des maladies malignes et non malignes.
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.
La cryopréservation des organes a fait l'objet d'études continues depuis sa création dans les années 1960. L'une des premières études notables sur la cryopréservation des organes a été réalisée au Japon. Isamu Suda et ses collègues ont perfusé un cerveau de chat avec une solution de glycérol, l'ont refroidi à -20 °C pendant plus de six mois, puis l'ont réchauffé. Après examen, ils ont constaté la présence d'ondes cérébrales reconnaissables — un développement passionnant pour la cryogénisation !
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 collègues 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.
Dès les premiers jours de la recherche sur la vitrification, le Dr Fahy et ses collègues ont cherché à en savoir plus sur la toxicité des agents cryoprotecteurs et sur la manière 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].
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. Grâce à leurs recherches, le premier cerveau entier de mammifère a été préservé par cryogénisation et récupéré dans un état "presque parfait". Après 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].
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.
Bien que des cas de cryopréservation et de réchauffement d'organes animaux aient été réalisés avec succès, il reste des problèmes (comme la toxicité) qui doivent être résolus avant l'utilisation chez l'homme.
Actuellement, plus de 85 animaux domestiques sont cryopréservés, dont des chiens, des chats, des tortues, des hamsters, des perroquets, une tortue, un chinchilla, et même un singe. Le processus est similaire à la cryopréservation des cellules, mais à plus grande échelle. Avec la vitrification, le corps de l'animal est refroidi jusqu'à ce qu'il atteigne un état amorphe semblable à du verre. Il peut alors être placé dans un vase Dewar et être préservé indéfiniment.
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.
La même mentalité s'applique à la cryopréservation humaine. Les agents cryoprotecteurs sont introduits dans l'organisme par perfusion via le système circulatoire. Ces ACP remplacent l'eau dans le corps et réduisent le point de congélation 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 état amorphe semblable à du verre, tous les processus biologiques sont mis en pause, ce qui permet une préservation sans dégradation ni dommage.
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 système qui permettrait de conserver les patients à des températures plus élevées (moins de stress thermique).
Les scientifiques peuvent actuellement cryopréserver des patients, mais il n'existe aucune technologie permettant de les réchauffer. Pourtant, James Bedford a été la première personne à être cryopréservée en 1967 et est conservé à Alcor depuis 1991. Aujourd'hui, il y a environ 500 patients cryoconservés dont l'âge varie de 2 à 101 ans. Bien que la réanimation ne soit pas encore possible, le processus de préservation leur permet d'être conservés indéfiniment.
Aujourd'hui, la cryopréservation est principalement utilisée pour la préservation des cellules, mais la recherche scientifique, technologique et médicale continue de progresser. Bien que la technologie permettant de faire revivre un être humain après sa cryopréservation n'ait pas encore été mise au point, il n'y a aucune raison biologique fondamentale pour que la réanimation ne soit pas possible un jour.
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 manière homogène 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 progrès des nanotechnologies et du nano-réchauffement pourraient nous y aider.
Le monde a parcouru un long chemin en 100 ans et les applications actuelles de la cryopréservation dans les domaines de la science et de la médecine montrent que la technologie continue de progresser. Réfléchissons : il n'y a actuellement aucune preuve qui suggère que la cryogénisation ne fonctionnera pas à l'avenir. Ce n'est pas parce que quelqu'un ne peut pas être sauvé aujourd'hui qu'il ne pourra jamais l'être. Donc, pense à recadrer ton état d'esprit — certaines maladies ne sont tout simplement pas traitable... encore.
Un autre défi est que la vitrification peut entraîner une toxicité pour les tissus complexes, notamment en ce qui concerne les organes. Les agents cryoprotecteurs utilisés sont souvent une combinaison de solutions pénétrantes et non pénétrantes. Les APC pénétrants empêchent la formation de cristaux de glace à l'intérieur des cellules, tandis que les ACP non-pénétrantes empêchent la formation de cristaux de glace à l'extérieur des cellules. Le problème est que plus la concentration d'ACP est élevée, plus la solution est toxique. Par ailleurs, si la concentration d'ACP est trop faible, la vitrification complète des organes ne peut être obtenue.
Le fait de surmonter ce défi est un facteur important dans les progrès continus de la cryopréservation et la réussite de la réanimation.
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.
Personne ne sait ce qui se passera dans le futur, mais ce que nous savons, c'est que vous pouvez être cryogénisé dès aujourd'hui. La cryogénie est actuellement la seule technologie qui puisse vous permettre d'accéder à cet avenir, alors qu'avez-vous à perdre ? Réservez une consultation avec l'un des membres de notre équipe ou, si vous êtes prêt, inscrivez-vous dès maintenant!
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[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 mammifère a été cryogénisé et récupéré pour la première 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
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