Cryoconservation
Cryoconservation, la préservation des cellules et des tissus par congélation.
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La cryoconservation est basée sur la capacité de certaines petites molécules à pénétrer dans les cellules et à prévenir la déshydratation et la formation de cristaux de glace intracellulaires, ce qui peut provoquer la mort cellulaire et la destruction des organites cellulaires pendant le processus de congélation. Deux agents cryoprotecteurs courants sont le diméthylsulfoxyde (DMSO) et le glycérol. Le glycérol est principalement utilisé pour la cryoprotection des globules rouges, et le DMSO est utilisé pour la protection de la plupart des autres cellules et tissus. Un sucre appelé tréhalose, présent dans des organismes capables de survivre à une déshydratation extrême, est utilisé pour les méthodes de lyophilisation de la cryoconservation. Le tréhalose stabilise les membranes cellulaires et est particulièrement utile pour la conservation des spermatozoïdes, des cellules souches et des cellules sanguines.
La plupart des systèmes de cryoconservation cellulaire utilisent un congélateur à débit contrôlé. Ce système de congélation délivre de l’azote liquide dans une chambre fermée dans laquelle est placée la suspension cellulaire. Une surveillance attentive du taux de congélation aide à prévenir la déshydratation cellulaire rapide et la formation de cristaux de glace. En général, les cellules sont prélevées de la température ambiante à environ -90 ° C (-130 ° F) dans un congélateur à débit contrôlé. La suspension cellulaire congelée est ensuite transférée dans un congélateur à azote liquide maintenu à des températures extrêmement froides avec de l’azote en phase vapeur ou en phase liquide. La cryoconservation basée sur la lyophilisation ne nécessite pas l’utilisation de congélateurs à azote liquide.
Une application importante de la cryoconservation est la congélation et le stockage des cellules souches hématopoïétiques, qui se trouvent dans la moelle osseuse et le sang périphérique. Dans le sauvetage autologue de la moelle osseuse, les cellules souches hématopoïétiques sont prélevées dans la moelle osseuse d’un patient avant le traitement par chimiothérapie à forte dose. Après le traitement, les cellules cryoconservées du patient sont décongelées et réinjectées dans le corps. Cette procédure est nécessaire, car la chimiothérapie à haute dose est extrêmement toxique pour la moelle osseuse. La capacité de cryoconserver les cellules souches hématopoïétiques a grandement amélioré les résultats pour le traitement de certains lymphomes et tumeurs malignes solides. Dans le cas des patients atteints de leucémie, leurs cellules sanguines sont cancéreuses et ne peuvent pas être utilisées pour le sauvetage autologue de la moelle osseuse. En conséquence, ces patients s’appuient sur du sang cryoconservé prélevé sur les cordons ombilicaux des nouveau-nés ou sur des cellules souches hématopoïétiques cryoconservées obtenues auprès de donneurs. Depuis la fin des années 1990, il a été reconnu que les cellules souches hématopoïétiques et les cellules souches mésenchymateuses (dérivées du tissu conjonctif embryonnaire) sont capables de se différencier en tissus musculaires squelettiques et cardiaques, en tissus nerveux et en os. Aujourd’hui, il existe un intérêt intense pour la croissance de ces cellules dans les systèmes de culture tissulaire, ainsi que pour la cryoconservation de ces cellules en vue d’un traitement futur pour une grande variété de troubles, y compris les troubles des systèmes nerveux et musculaire et les maladies du foie et du cœur.
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La cryoconservation est également utilisée pour congeler et stocker des embryons et des spermatozoïdes humains. Il est particulièrement utile pour la congélation d’embryons supplémentaires générés par fécondation in vitro (FIV). Un couple peut choisir d’utiliser des embryons cyropréservés pour des grossesses ultérieures ou en cas d’échec de la FIV avec des embryons frais. Dans le processus de transfert d’embryons congelés, les embryons sont décongelés et implantés dans l’utérus de la femme. Le transfert d’embryons congelés est associé à une augmentation faible mais significative du risque de cancer infantile chez les enfants nés de tels embryons.
L’hypothermie profonde, une forme de cryoconservation légère utilisée chez les patients humains, a des applications importantes. Une utilisation courante de l’induction de l’hypothermie profonde est pour les procédures chirurgicales cardiovasculaires complexes. Après que le patient a été placé en pontage cardiopulmonaire complet, à l’aide d’une machine cœur-poumon, le sang passe à travers une chambre de refroidissement. Le refroidissement contrôlé du patient peut atteindre des températures extrêmement basses d’environ 10-14 ° C (50-57 ° F). Cette quantité de refroidissement arrête efficacement toute activité cérébrale et protège tous les organes vitaux. Lorsque ce refroidissement extrême est atteint, la machine cœur-poumon peut être arrêtée et le chirurgien peut corriger des anomalies aortiques et cardiaques très complexes lors d’un arrêt circulatoire. Pendant ce temps, aucun sang ne circule dans le patient. Une fois la chirurgie terminée, le sang est progressivement réchauffé dans le même échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement. Un réchauffement progressif à des températures corporelles normales entraîne la reprise des fonctions normales du cerveau et des organes. Cette hypothermie profonde, cependant, est loin du gel et de la cryoconservation à long terme.
Les cellules peuvent vivre plus d’une décennie si elles sont correctement congelées. De plus, certains tissus, tels que les glandes parathyroïdes, les veines, les valves cardiaques et le tissu aortique, peuvent être cryoconservés avec succès. La congélation est également utilisée pour stocker et maintenir la viabilité à long terme des embryons humains précoces, des ovules (ovules) et des spermatozoïdes. Les procédures de congélation utilisées pour ces tissus sont bien établies et, en présence d’agents cryoprotecteurs, les tissus peuvent être stockés sur de longues périodes à des températures de -14 ° C (6,8 ° F).
Des recherches ont montré que des animaux entiers congelés en l’absence d’agents cryoprotecteurs peuvent produire des cellules viables contenant de l’ADN intact lors de la décongélation. Par exemple, des noyaux de cellules cérébrales de souris entières stockées à -20 ° C (-4 ° F) pendant plus de 15 ans ont été utilisés pour générer des lignées de cellules souches embryonnaires. Ces cellules ont ensuite été utilisées pour produire des clones de souris.