Certaines œuvres de science-fiction mentionnent l'une des possibilités de voyager dans l'espace sur de longues distances. Ils suggèrent d'utiliser une méthode similaire pour le «voyage dans le temps»: une personne est gelée, et après un certain temps, le système commence à décongeler et le «voyageur» se réveille dans un avenir lointain (ou pas si). Il existe en réalité un système de "sommeil" similaire - certaines entreprises proposent aux personnes désespérément malades de subir une procédure de
cryoconservation afin qu'à l'avenir, lorsque les scientifiques trouveront un moyen de traiter des maladies autrefois incurables, une personne soit décongelée et guérie.
Malheureusement, la science-fiction reste toujours de la science-fiction, et les personnes qui ont utilisé les services de ces sociétés sont peu susceptibles d'être décongelées et durcies - trop de dommages sont causés aux cellules tissulaires pendant la congélation, et plus encore - pendant le processus inverse, le chauffage. Pour les spécialistes modernes, le problème n'est pas la cryoconservation, mais la décongélation. Néanmoins, il est maintenant connu de technologie qui permet de décongeler de gros fragments de tissu sans endommager la structure cellulaire. Bien sûr, ce n'est pas un cryoson pour un voyageur vers une étoile lointaine, mais une excellente option pour la médecine moderne. Cette méthode permet de conserver longtemps des organes pour la transplantation.
En général, la cryoconservation n'est pas en soi une nouvelle méthode. Il y a très longtemps, des méthodes de cryoconservation des cultures cellulaires, des tissus et des soi-disant embryons ont été développées et appliquées avec succès. Mais jusqu'à récemment, il n'existait pas de méthodes fiables de «surgélation» des organes individuels. Il n'y a que quelques cas de transplantation d'organes congelés puis décongelés avec succès, car il s'agit généralement de conserver dans un organe congelé certaines sections de tissus vivants qui s'enracinent dans un organisme étranger et restaurent progressivement la fonctionnalité de l'organe.
Les températures opératoires de cryoconservation sont de l'ordre de -196 ° C. Les capsules contenant des tissus vivants sont placées dans de l'azote liquide, ce qui vous permet d'arrêter complètement les processus biochimiques dans les cellules, y compris le métabolisme et l'énergie avec l'environnement. Idéalement, un tissu congelé peut durer très longtemps et si l'échantillon est de petit volume, il peut être restauré.
Le travail d'une équipe de scientifiques du Minnesota, USA, promet de changer la portée de la transplantation. Les spécialistes ont annoncé le développement d'une nouvelle technique qui leur permet de congeler des échantillons de tissus et d'organes (à l'avenir) sans endommager les cellules. "Pour la première fois, quelqu'un a pu adapter la méthode de cryoconservation à des systèmes biologiques, montrant un dégivrage rapide réussi des tissus stockés sans les endommager", a
déclaré John Bischoff, spécialiste à l'Université du Minnesota.
Au lieu d'utiliser la convection utilisée dans le cas général pour décongeler les tissus, les auteurs du projet ont utilisé des nanoparticules pour chauffer les tissus, avec une augmentation égale de la température pour toutes les zones. De plus, l'augmentation de température pendant le dégivrage est très rapide - plus de cent degrés par minute. En conséquence, les cristaux de glace ne se forment pas, ce qui endommage les cellules.
Source: Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)Pour cela, des nanoparticules d'oxyde de fer enrobées de silice sont utilisées. Ils sont chauffés à l'aide d'un champ magnétique induit. Jusqu'à présent, les volumes d'éléments tissulaires ainsi stockés sont faibles - de 1 à 50 ml. Dans les expériences, les auteurs testent leur technologie en divisant les échantillons en un groupe expérimental et témoin. Le groupe expérimental de tissus congelés est chauffé comme décrit ci-dessus. Contrôle - de la manière habituelle, en utilisant la convection. Les scientifiques ont déjà mené de nombreuses expériences, mais les échantillons du groupe expérimental n'ont jamais été affectés, contrairement aux échantillons du groupe témoin.
À gauche, un tissu décongelé selon une nouvelle technique. À droite, après la ligne rouge, le tissu est décongelé de façon traditionnelle. Source: Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)Après la restauration du régime de température normal, les scientifiques retirent les nanoparticules de l'échantillon par lixiviation.
La technique a également été testée lors du chauffage d'un système d'un volume de 80 ml, cette fois sans tissu. Mais, il s'est avéré que la vitesse de chauffage est la même que dans le cas de systèmes plus petits, ce qui peut être considéré comme l'une des preuves de l'évolutivité de la technologie. «En bref, le nanowarming fonctionne avec des échantillons d'un volume de 1 ml, 50 ml et peut être adapté à 80 ml de systèmes»,
expliquent les auteurs. Selon les scientifiques, à l'avenir, le chauffage à l'aide de nanoparticules pourra être appliqué à des échantillons d'un volume beaucoup plus important, jusqu'à 1 litre ou plus.
Dans ce cas, les nanoparticules devront être injectées dans des échantillons de tissus et d'organes par injection. L'équipe n'a pas encore essayé sa méthodologie pour des échantillons plus importants, bien qu'elle envisage de le faire dans un proche avenir.
Les principaux facteurs néfastes lors de la congélation de tissus vivants sont la formation de glace intracellulaire et la déshydratation cellulaire. Si le refroidissement est effectué à grande vitesse, des cristaux de glace se forment à l'intérieur de la cellule. Et cela, à son tour, entraîne une augmentation du volume interne de structures telles que l'appareil de Golgi, les mitochondries, le réticulum endoplasmique, les lysosomes, la membrane cytoplasmique avec leur destruction ultérieure. Quant à la déshydratation, lors du refroidissement, la cellule perd environ 80 à 90% d'eau, ce qui conduit à la destruction des complexes hydratés avec des macromolécules, après quoi la cellule décongelée ne peut pas fonctionner normalement.
Les scientifiques ont maintenant appris à congeler des échantillons de tissus sans les endommager. Mais la décongélation est un problème auquel les scientifiques de nombreux pays s'attaquent. Si ce problème peut être résolu, les médecins pourront conserver les organes et les tissus congelés pendant longtemps.