Blog

Jul 31, 2023

Des ondes sonores pour résoudre le problème de la recristallisation en cryoconservation

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 7603 (2023) Citer cet article 1092 Accès 4 Détails d'Altmetric Metrics La biobanque d'organes est le sujet en suspens de la cryoconservation. Même si le problème

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 7603 (2023) Citer cet article

1092 Accès

4 Altmétrique

Détails des métriques

La biobanque d’organes est le sujet en suspens de la cryoconservation. Bien que le problème présente de multiples facettes, les progrès réalisés au cours des dernières décennies l’ont largement lié à la réalisation d’un réchauffement rapide et uniforme des échantillons cryoconservés. Il s’agit d’un défi physique largement étudié dans le passé, en plus des études de toxicité des cryoprotecteurs, qui ont également montré de grands progrès. Cet article présente une preuve de principe, basée sur le nématode Caenorhabditis elegans, d'une technologie capable de remplir une telle fonction : les ultrasons focalisés de haute intensité. Ainsi, évitant le problème de recristallisation, ce ver, à l'état adulte, conservé à − \(80\;^\circ{\rm C}\), a été systématiquement ramené à la vie après avoir été chauffé par Ultrasons Focalisés de Haute Intensité. (HIFU). Le grand avantage de cette technologie est qu’elle est évolutive ; de plus, le réchauffement peut être surveillé en temps réel par thermographie IRM et contrôlé par interférométrie acoustique. Nous prévoyons que nos résultats constituent le point de départ d'une approche possible du réchauffement pouvant être utilisée pour la cryoconservation de systèmes à l'échelle millimétrique : soit seule, soit en combinaison avec d'autres moyens de chauffage prometteurs, comme le nanoréchauffement ou le chauffage diélectrique, la technologie actuelle offre de nouvelles voies. de résoudre les aspects physiques du problème de la recristallisation en cryoconservation, ouvrant ainsi la porte au stockage à long terme d'échantillons plus volumineux.

La conservation des organes en banque à basse température offre d’innombrables opportunités1,2. Actuellement, cette possibilité reste insaisissable, avec seulement quelques succès partiels et isolés, par exemple dans le rein de lapin, l'ovaire de mouton ou le foie3,4,5. Bien qu’il existe différentes stratégies de cryoconservation, pour le stockage cryogénique à long terme des organes, les dommages causés par l’apparition éventuelle de cristaux de glace sont en grande partie responsables de cette situation. Dans les paragraphes suivants, nous tenterons de situer le problème dans le contexte général de la cryoconservation. Nous comprendrons ensuite pourquoi un réchauffement rapide et uniforme parvient à éviter cela. Enfin, nous verrons comment les ultrasons focalisés de haute intensité peuvent apporter la solution.

Déjà en 1940, Luyet6 avait bien compris que la glassification des systèmes biologiques était possible simplement en traversant la zone où la glace pouvait apparaître à une vitesse suffisante. Ceci est représenté symboliquement sur la figure 1 : lorsque la température monte ou descend, on passe d'une phase à l'autre ; cependant, on peut sauter une certaine phase si le changement de température est suffisamment rapide. Ainsi, on peut passer du liquide au verre, et vice versa, sans passer par l'état cristallin ; pour cela, il suffit que le temps caractéristique de cette transition soit inférieur au temps caractéristique nécessaire à la nucléation et à la croissance de la glace.

Effets des vitesses de refroidissement et de réchauffement sur le changement de phase pour un système aqueux. L'axe horizontal représente la température en Kelvin, avec les températures de transition entre les quatre états (verre, cristal, liquide et gaz) étiquetées et Tglass (température de transition vitreuse), Tmelt (température de fusion) et Tboil (température de vaporisation). Cet axe peut être parcouru dans les deux sens, correspondant aux changements d'état lors du franchissement des températures repérées. L'axe vertical représente la vitesse à laquelle se produit le changement de température. La disposition des molécules du système pour les quatre états mentionnés est représentée de manière illustrative. Dans ce diagramme, la vitesse à laquelle il traverse les températures marquées présente un intérêt particulier, la plus pertinente pour le sujet qui nous préoccupe étant le passage de l'état liquide à l'état vitreux. Un changement de température trop lent (valeurs faibles sur l'axe vertical) pour passer de la phase liquide à la phase vitreuse, et vice versa, implique le passage nécessaire par la phase cristalline, ce qui dans les systèmes aqueux implique la formation de glace. Au lieu de cela, des taux de refroidissement et/ou de réchauffement élevés (valeurs élevées sur l’axe vertical) contournent la région « cristalline », donnant ainsi un changement direct entre les états liquide et vitreux.