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Le miracle de la congélation biologique : pourquoi certaines créatures peuvent-elles survivre à -196°C
Dans la communauté scientifique, la cryogénisation a toujours été une direction importante dans l’exploration de la continuité de la vie. La biocongélation, ou cryoconservation, vise à congeler des cellules, des tissus ou des organes pour prolonger leur durée de conservation. Cette technique permet de suspendre efficacement tout métabolisme cellulaire qui pourrait endommager le matériel biologique en le congelant à basse température (typiquement -80°C ou -196°C en utilisant de l'azote liquide).
Cette technologie joue non seulement un rôle important dans la préservation des échantillons biologiques, mais également un rôle considérable dans le transport des échantillons biologiques sur de longues distances. Pour atténuer le choc osmotique et le stress physique que subissent les cellules pendant le processus de congélation, les chercheurs ajoutent souvent des molécules spéciales, appelées cryoprotecteurs (CPA), pour réduire ces risques. Ces cryoprotecteurs sont inspirés des créatures de la nature qui peuvent résister au froid, comme les arbres, les grenouilles des bois et les oursons d’eau.
« Les micro-organismes tels que les oursons d'eau résistent au gel en remplaçant la majeure partie de leur eau interne par des sucres, ce qui empêche la cristallisation, qui pourrait endommager les membranes cellulaires. »
Exemples de cryoconservation naturelle
Dans la nature, de nombreux organismes ont d’étonnantes capacités antigel. Les grenouilles des bois, par exemple, sont capables d’accumuler de l’urée dans leur sang et d’autres tissus en prévision de l’hiver. Face à la formation de cristaux de glace internes, le glycogène du foie est également transformé en glucose en grande quantité. Toutes ces substances agissent comme cryoprotecteurs, limitant la formation de glace et réduisant le rétrécissement osmotique des cellules. Des études ont montré que les grenouilles peuvent survivre à plusieurs épisodes de gel et de dégel pendant l’hiver à condition que 65 % de leur eau corporelle reste intacte.
Histoire de la cryoconservation
Une des premières théories de la cryoconservation, proposée par James Lovelock en 1953, était que les dommages causés aux globules rouges pendant le processus de congélation étaient principalement dus à la pression osmotique. Il a mené une série d’expériences qui ont démontré que certains animaux, comme les hamsters, pouvaient supporter la congélation de 60 % de leur teneur en eau dans des conditions de refroidissement lent.
Avec les progrès de la technologie cryogénique, la cryoconservation des matériaux humains a commencé à entrer dans la phase d’application en 1954, puis, en 1966, les premiers restes humains ont été cryoconservés. En 1967, le corps de James Bedford est devenu le premier de l'histoire à être cryoconservé dans l'espoir d'être ressuscité dans le futur.
Risques liés à la cryoconservation
Pendant la cryoconservation, les cellules peuvent être confrontées à de multiples risques de dommages, notamment les effets de la solution, la formation de cristaux de glace extracellulaires, la déshydratation et la formation de cristaux de glace intracellulaires. Bien que ces effets puissent être réduits par des cryoprotecteurs, après congélation, la protection du matériau conservé contre d’autres dommages est renforcée.
« Lorsque les cellules sont congelées, si la vitesse de refroidissement est suffisamment lente, suffisamment d'eau peut quitter la cellule pour éviter la formation de cristaux de glace internes mortels. »
Principales méthodes de prévention des risques liés à la cryoconservation
Les principales techniques de prévention des dommages causés par la cryothérapie comprennent la vitesse de refroidissement contrôlée et la congélation lente, ainsi qu’une technique plus récente appelée vitrification. La technologie de congélation programmable lente a été largement utilisée dans des domaines tels que la biologie humaine, animale et cellulaire.
Le processus de vitrification refroidit rapidement les échantillons, empêchant la formation de cristaux de glace, réduisant ainsi les dommages potentiels pendant le processus de congélation. Cette technologie a été introduite pour la cryoconservation reproductive depuis le milieu des années 1980 et a été appliquée avec succès dans diverses pratiques cliniques à ce jour.
L'importance de la cryoconservation pour la biotechnologie
Avec le développement de la science et de la technologie, l’application de la cryoconservation ne se limite pas à la conservation d’échantillons biologiques, mais s’étendra également à des domaines tels que la thérapie génique et la recherche sur les cellules souches. La technologie de cryoconservation ouvre de vastes perspectives pour la recherche biologique future et les applications cliniques.
Pour de nombreuses personnes ou créatures dont la survie est menacée, cette avancée technologique signifie la possibilité de trouver une nouvelle vie dans le futur. Cela ne mérite-t-il pas notre plus grande attention ?
