Cryoconservation, conservation des cellules et des tissus par congélation.
Sir Ian Wilmut: Recherche en éducation et cryoconservation
Wilmut a grandi à Coventry, une ville du comté anglais historique du Warwickshire, et il a fréquenté le Agricultural College de l'Université
La cryoconservation est basée sur la capacité de certaines petites molécules à pénétrer dans les cellules et à empêcher 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 utilisé principalement 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, qui se trouve 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 il 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 fournit de l'azote liquide dans une chambre fermée dans laquelle la suspension cellulaire est placée. Une surveillance attentive du taux de gel aide à prévenir la déshydratation cellulaire rapide et la formation de cristaux de glace. En général, les cellules sont prises 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 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 haute 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 considérablement 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. Par conséquent, ces patients dépendent du sang cryoconservé prélevé sur les cordons ombilicaux des nouveau-nés ou 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, tissus nerveux et 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 pour une future thérapie pour une grande variété de troubles, y compris les troubles des systèmes nerveux et musculaire et les maladies du foie et du cœur..
La cryoconservation est également utilisée pour congeler et stocker les embryons et le sperme 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. Au cours du 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 d'une hypothermie profonde est pour les procédures chirurgicales cardiovasculaires complexes. Après que le patient a été placé sur un 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 à 14 ° C (50 à 57 ° F). Cette quantité de refroidissement arrête efficacement toute activité cérébrale et protège tous les organes vitaux. Lorsque ce refroidissement extrême a été atteint, la machine cœur-poumon peut être arrêtée et le chirurgien peut corriger des défauts aortiques et cardiaques très complexes lors d'un arrêt circulatoire. Pendant ce temps, aucun sang ne circule à l'intérieur du patient. Une fois la chirurgie terminée, le sang est progressivement réchauffé dans le même échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement. Un retour progressif à des températures corporelles normales entraîne la reprise de fonctions cérébrales et organiques normales. Cette hypothermie profonde est cependant 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 les tissus aortiques, peuvent être cryoconservés avec succès. La congélation est également utilisée pour stocker et maintenir la viabilité à long terme des embryons, ovules (ovules) et spermatozoïdes humains précoces. 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).
La recherche a montré que les 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.
